一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。本发明专利技术的研究重点主要关注小立碗藓βCA在脱水等环境适应及发育过程中的作用并探讨其在植物进化上的意义。本发明专利技术通过对比所述βCA基因家族在小立碗藓不同组织中的表达模式，对βCA基因缺失突变体进行分子鉴定，检测其基因表达量变化及耐渗透压性状等，发现PpβCA1、PpβCA2和PpβCA5突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较慢，耐渗透压胁迫能力下降；PpβCA3、PpβCA4和PpβCA6突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较快，耐渗透压胁迫能力增强。

Application of \u03b2 CAS gene family in plant biomass and osmotic stress tolerance

【技术实现步骤摘要】
一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用
本专利技术涉及基因
，具体涉及一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。
技术介绍
碳酸酐酶(carbonicanhydrase,CA)是一族含锌的金属酶，含有一条卷曲的蛋白质链和一个锌离子，主要催化CO2向HCO3-之间的转化反应，普遍存在于动物、植物、藻类、细菌和真菌中。植物体内所有的CA都是催化CO2和HCO3-相互转化的锌金属酶，该酶在自然界中广泛存在，并且已经发现了多种在结构和序列上不同的CA家族。根据CA蛋白质结构以及序列的不同，可将植物CA分为三种类别，分别为αCA、βCA和γCA。目前，植物中CA研究比较多的是βCA，这些基因几乎在植物所有的组织中都有表达，并且βCA蛋白在多种细胞成份中都能找到，已报导的比如叶绿体、线粒体、质膜和细胞质。不同物种中的βCA功能和分布均不相同。藻类中βCA一般分布在线粒体、叶绿体类囊体、细胞质以及壁膜间隙中。βCA的组织和细胞特异性表达，表明βCA的功能多样性。经过几十年的研究发现，植物βCA在光合作用，碳浓缩机制，气孔运动和发育，胁迫响应，氨基酸生物合成以及固氮根瘤代谢等生理过程中具有非常重要的作用。在C3植物叶片中，大部分CA活性部位主要位于M细胞叶绿体中。研究表明CA的意义在于包括HCO3-向CO2的转化，以确保被Rubisco固定的最大速率；促进CO2在叶绿体膜上扩散；缓冲由光照条件变化造成的叶绿体基质中pH值的短期变化；以及参与除CO2以外的化合物的水化作用。与C3植物不同，C4植物中的大多数βCA活性存在于M细胞的胞质中。CA能增加1，5-二磷酸核酮糖及磷酸烯醇式丙酮酸的羧化活性，降低RuBP的加氧活性，可加速无机碳向羧化酶活性部位的扩散，通过提高羧化酶周围无机碳的浓度增加CO2的固定速率。研究表明，CA能够通过识别环境中CO2浓度调节自身活性来维持光合速率的相对稳定。植物处在某些胁迫环境，如土壤盐度增加、大气的湿度下降等，使得植物体内水分亏缺，导致气孔开度减小，造成叶肉细胞的CO2浓度低于正常水平，影响光合作用的正常进行，在这种情况下，CA的调节功能就可能发挥更为重要的作用。因此，CA活性受底物诱导，是适应胁迫条件的光合碳代谢调节酶，在保持光合碳代谢稳定方面具有重要功能。目前并没有关于βCA与植物登陆过程中耐脱水等能力关系的研究报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的是提供一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。为了实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案的如下：本专利技术的一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。进一步地，使用1mM、5mM、10mM、20mM不同浓度的NaHCO3处理21天的小立碗藓野生型材料连续7天，5mM浓度的NaHCO3既能增强植物的βCA酶活，又较低的损伤C/N平衡和光合效率。更进一步地，小立碗藓βCA基因家族6个突变体，在每一个突变体中分别检测其它5个βCA基因表达量，当一个βCA基因突变后，其它βCA基因表达量明显增加。进一步地，通过对比所述βCA基因家族在小立碗藓不同组织中的表达模式，对βCA基因缺失突变体进行分子鉴定，检测其基因表达量变化及耐渗透压性状，PpβCA1、PpβCA2和PpβCA5突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较慢，耐渗透压胁迫能力下降；PpβCA3、PpβCA4和PpβCA6突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较快，耐渗透压胁迫能力增强。有益效果：本专利技术的研究重点主要关注小立碗藓βCA在脱水等环境适应及发育过程中的作用并探讨其在植物进化上的意义。本专利技术的小立碗藓βCA基因家族6个突变体碳含量、氮含量和碳氮比(图2ABC)，推测可能存在其它βCA基因的补偿效应，为了进一步验证，在每一个突变体中分别检测其它5个βCA基因表达量(图2DEFGHI)，结果显示，当一个βCA基因突变后，其它βCA基因表达量明显增加。在小立碗藓中的研究将有助于我们对βCA在植物发育和进化的分子基础的理解。本专利技术通过反向遗传学去探索和解决植物生理学和发育生物学中的各种关键问题，在本专利技术实施例中，通过对比所述βCA基因家族在小立碗藓不同组织中的表达模式，对βCA基因缺失突变体进行分子鉴定，检测其基因表达量变化及耐渗透压性状等，发现PpβCA1、PpβCA2和PpβCA5突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较慢，耐渗透压胁迫能力下降；PpβCA3、PpβCA4和PpβCA6突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较快，耐渗透压胁迫能力增强(图3)。附图说明为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施例及附图作以详细描述；图1为所述βCA基因在碳酸氢钠处理下调节小立碗藓生长结果图；图2为本专利技术βCA突变体同源基因表达分析结果图；图3为本专利技术βCA突变体渗透压胁迫后恢复情况结果图；图4为本专利技术小立碗藓βCA基因敲除示意图；图5为本专利技术βCA组织表达谱分析结果图。具体实施方式以下通过实施例进一步说明本专利技术。应该理解的是，这些实施例是本专利技术的阐释和举例，并不以任何形式限制本专利技术的范围。如图1至图5所示，本专利技术的一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。所述的小立碗藓βCA基因家族翻译后的氨基酸序列如NO.1所示。使用1mM、5mM、10mM、20mM不同浓度的NaHCO3处理21天的小立碗藓野生型材料连续7天，5mM浓度的NaHCO3既能增强植物的βCA酶活，又较低的损伤C/N平衡和光合效率。小立碗藓βCA基因家族6个突变体，在每一个突变体中分别检测其它5个βCA基因表达量，当一个βCA基因突变后，其它βCA基因表达量明显增加。通过对比所述βCA基因家族在小立碗藓不同组织中的表达模式，对βCA基因缺失突变体进行分子鉴定，检测其基因表达量变化及耐渗透压性状，PpβCA1、PpβCA2和PpβCA5突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较慢，耐渗透压胁迫能力下降；PpβCA3、PpβCA4和PpβCA6突变体与野生型相比，在正常培养条件生长较快，耐渗透压胁迫能力增强。实施例1在植物基因组数据库中(http://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.htmL)通过已报道的豆科βCA蛋白序列进行BLASTp比对并下载小立碗藓中的同源βCA蛋白和基因序列，通过在线结构域分析工具SMART(http://smart.embl.de/)和InterProScan(http://www.ebi.ac.uk/interpro/)对获得的候选基因进行保守结构域鉴定，其转录翻译后的蛋白质具有三个结构域，分别为位于N端的Autophagy_Ndomain，位于中间的Autophagy_act_Cdomain，以及位于C端的Autophagy_C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.一种小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用。


2.根据权利要求1所述的小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用，其特征在于：使用1mM、5mM、10mM、20mM不同浓度的NaHCO3处理21天的小立碗藓野生型材料连续7天，5mM浓度的NaHCO3既能增强植物的βCA酶活，又较低的损伤C/N平衡和光合效率。


3.根据权利要求1所述的小立碗藓βCAs基因家族在植株生物量和耐渗透压胁迫中的应用，其特征在于：小立碗藓βCA基因家族6个突变体，在每一个突变体中分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，陈则希，王文博，杨红，李萍，
申请(专利权)人：中国科学院昆明植物研究所，
类型：发明
国别省市：云南;53