本发明专利技术公开了一种通过提高光合效率来增加植物生物量或产量的方法，所述方法是在植物叶绿体中过表达乙醇酸脱氢酶(GDH)基因和苹果酸合酶(MS)基因实现的。本发明专利技术利用过表达GDH基因和MS基因来提高植物光合效率，进而提高生物量或产量的方法，在同时过表达MS基因的前提下，在植物叶绿体中过表达大肠杆菌来源的GDH与在植物叶绿体中过表达绿藻来源的GDH相比，生物量或者产量增加3％‑50％。
A method of increasing plant biomass or yield by increasing photosynthetic efficiency
【技术实现步骤摘要】
一种通过提高光合效率增加植物生物量或产量的方法(一)
本专利技术涉及一种提高植物产量的方法，特别涉及一种利用光合效率提高植物产量的方法。(二)
技术介绍
人类数量的增加和生活水平的提高，需要消耗更多的粮食和饲料，这就要求在有限的土地上收获更多粮食。因此，培育新的高产植物品种非常重要。植物整体的光合作用产物全部来源于酶催化CO2转化为有机碳化合物。1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)是卡尔文循环(Calvin-Benson(CB)cycle)中的羧化酶。由于RubisCO与CO2或O2都能反应，RubisCO与O2反应产生磷酸乙醇酸，进入光呼吸循环，光呼吸导致植物中固定的碳和氮的浪费。在全球范围内，这一过程每年将大约29GT的新鲜同化碳被重新释放到大气中(AnavA，etal.Spatiotemporalpatternsofterrestrialgrossprimaryproduction:areview.RevGeophys2015,53:785-818.)。为了减少光呼吸造成的损失，提高植物的光合效率，目前常用的方法是通过新的光呼吸支路来回收乙醇酸中的CO2，从而达到减少光呼吸提高光合效率的目的(PeterhanselC,BlumeC,OffermannS.Photorespiratorybypasses:howcantheywork？[J].JournalofExperimentalBotany,2013,64(3):709-715.)。乙醇酸脱氢酶(glycolatedehydrogenase，GDH)可以将乙醇酸转换成乙醛酸。目前用于植物转基因研究和应用的乙醇酸脱氢酶主要是来源于低等植物绿藻(Chlamydomonasreinhardtii)或者大肠杆菌。绿藻中的乙醇酸脱氢酶由一个基因编码，而大杆菌中的乙醇酸脱氢酶分别由3个基因编码的D、E、F三个亚基构成。有报到通过在土豆中过表达D、E、F三个亚基的编码基因的融合基因后，植株中的DEFp融合蛋白表达量增加，葡萄糖、果糖和蔗糖等糖分成倍增加，生物量也显著增加(NolkeG,HoudeletM,KreuzalerF,etal.Theexpressionofarecombinantglycolatedehydrogenasepolyproteininpotato(Solanumtuberosum)plastidsstronglyenhancesphotosynthesisandtuberyield[J].PlantBiotechnologyJournal,2014,12(6):734-742.)。但是大肠杆菌来源和绿藻来源的乙醇酸脱氢酶在功能和活性方面都有显著差异，所以在转基因植物中的表现也有很大的差异。苹果酸合酶(malatesynthase，MS)能催化乙酰-CoA与乙醛酸转换成苹果酸与CoA。苹果酸合酶参与了乙醛酸循环，广泛存在于不同植物体内。有研究报道在烟草中过表达绿藻的GDH和南瓜(C.maxima)的MS可以提高其光合效率和生物量(PFSouth,APCavanagh,HWLiu,etal.Syntheticglycolatemetabolismpathwaysstimulatecropgrowthandproductivityinthefield,Science,2019:363(6422):eaat9077.)。但是由于大肠杆菌来源的GDH与绿藻来源的GDH的功能和活性的差异，我们发现，在增加植物的生物量或者产量的效果方面，大肠杆菌来源的GDH基因比过表达绿藻来源的GDH基因更好。在同时过表达MS基因的前提下，在植物叶绿体中过表达大肠杆菌来源的GDH与在植物叶绿体中过表达绿藻来源的GDH相比，生物量或者产量增加3％-50％。因此，在植物叶绿体中过表达大肠杆菌来源的GDH与另外一种MS是通过提高光合效率来增加植物生物量或产量的最好方法。(三)
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种减少植物光呼吸，提高植物光合效率，提高植物生物量或产量的方法，所述方法是在植物叶绿体中过表达大肠杆菌源的GDH和任何来源的MS。本专利技术解决的问题是通过高活性的GDH基因和MS基因配合使用来优化植物光呼吸途径，获得生物量或产量增加更多的转基因植物。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种通过提高光合效率来增加植物生物量或产量的方法，所述方法是在植物叶绿体中过表达乙醇酸脱氢酶(GDH)基因和苹果酸合酶(MS)基因实现的。优选所述乙醇酸脱氢酶GDH基因来源于大肠杆菌，所述GDH由三个独立的亚基组成(核苷酸序列为：GenBank:CP029238.1中3126522bp-3128021bp，编码的氨基酸为：GenBank:QBP03082.1；GenBank:CP029238.1中3125470bp-3126522bp，编码的氨基酸为：GenBank:QBP03081.1；核苷酸序列为：GenBank:CP029238.1中3124236bp–3125459bp，编码的氨基酸为：GenBank:QBP03080.1)，更优选所述GDH基因序列如SEQIDNO.1中125bp-4009bp所示，氨基酸序列SEQIDNO.2中48-1333所示。本专利技术所述苹果酸合酶MS基因来源于原核生物或者真核生物，例如表1所示MS基因，优选MS基因核苷酸序列如SEQIDNO.3、SEQIDNO.4(11bp-1852bp)或SEQIDNO.5所示，氨基酸序列如SEQIDNO.6、SEQIDNO.7和SEQIDNO.8所示。表1：不同物种来源的苹果酸合酶(MS)基因进一步，所述GDH基因和MS基因在叶绿体中过表达通过信号肽介导，所述介导是将叶绿体信号肽序列融合在GDH或MS蛋白的N端；所述信号肽来源于植物RuBisCO小亚基(RbcS)或磷酸葡萄糖变位酶转运肽序列，优选信号肽的氨基酸序列如SEQIDNO.9或SEQIDNO.10所示。进一步，所述GDH基因和MS基因在叶绿体中过表达还包括启动子，所述启动子来源于真核生物或原核生物，也可以通过人工合成获得；优选启动子组成型启动子或特异性启动子，更优选所述启动子的核苷酸序列为UBI启动子(GenBank:KR297238.1中4879bp-6876bp所示)、Act1启动子(GenBank:AY452735.1中2428bp-3797bp所示)或35S启动子(GenBank:MG719235.1中848bp-1628bp所示)。进一步，所述GDH基因和MS基因在叶绿体中过表达还包括终止子，所述终止子来源于真核生物或者原核生物，也可以通过人工合成获得，优选所述终止子核苷酸序列为SEQIDNO.11或SEQIDNO.12所示。本专利技术所述过表达可以通过分子聚合或者杂交聚合的方法实现；分子聚合是指将GDH基因和MS基因的表达框构建在同一个载体的T-DNA上，通过转基因的方法将T-DNA转入的受体植物基因组中，从而使得目标植株中同时过表达GDH基因和MS基因。杂交聚合是指分别获得在叶绿体中过表达GDH和MS基因的植株，再用传统育种的方法，将分别表达GDH基因和MS基因的植株进行杂交，获得同时过表达GDH和MS基因的植株。进一步，所述G本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通过提高光合效率增加植物生物量或产量的方法，其特征在于所述方法是在植物叶绿体中过表达大肠杆菌的乙醇酸脱氢酶GDH基因和苹果酸合酶MS基因实现的。
【技术特征摘要】
1.一种通过提高光合效率增加植物生物量或产量的方法，其特征在于所述方法是在植物叶绿体中过表达大肠杆菌的乙醇酸脱氢酶GDH基因和苹果酸合酶MS基因实现的。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述乙醇酸脱氢酶GDH基因核苷酸序列如SEQIDNO.1中125bp-4009bp所示。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述乙醇酸脱氢酶GDH基因编码的氨基酸序列如SEQIDNO.2中48-1333所示。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述苹果酸合酶MS基因核苷酸序列如SEQ...
【专利技术属性】
技术研发人员：王东芳，张先文，向雅琴，郑挺，沈志成，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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