调节植物类黄酮合成及紫外抗性的基因及其应用制造技术

本发明专利技术涉及调节植物类黄酮合成及紫外抗性的基因及其应用。首次研究及揭示了油菜素甾醇信号通路对植物体内类黄酮合成以及植物对紫外线的抗性的影响及其分子机制。油菜素甾醇信号通路，特别是其中的转录因子BES1，其能够负调控MYB转录因子，在此基础上调控植物体内类黄酮合成，并进而调控植物对紫外线的抗性。

Genes regulating plant flavonoids synthesis and UV resistance and their application

【技术实现步骤摘要】
调节植物类黄酮合成及紫外抗性的基因及其应用
本专利技术属于植物学和分子生物学领域，更具体地，本专利技术涉及调节植物类黄酮合成及紫外抗性的基因及其应用。
技术介绍
植物光合作用中，能够利用的主要光谱区是波长640～660nm的红光部分和波长400～500nm的蓝光部分。而紫外线对植物光合作用没有什么作用，现有技术中，也有认为过多的紫外线照射会影响植物的光合作用效率。植物进化过程中，体内也获得了一些抵抗紫外胁迫的机制。紫外线UV-B(280-315nm)是太阳光的一部分，可以部分到达地表，对植物生长发育具有重要影响。UV-B既可以作为光信号调节植物生长发育，例如抑制下胚轴伸长、促进类黄酮和花青素积累、抑制避荫性和高温响应等；也可能对植物造成胁迫，比如损伤叶绿体光合复合体进而抑制光合作用、DNA吸收UV-B进而造成DNA损伤等。植物作为固生生长的生物，既要抵抗紫外胁迫，同时也要兼顾生长发育。关于这方面的研究比较少，可供分子设计育种的基因也很少。MYB转录因子已被证实在植物抗逆胁迫中起作用。MYB转录因子可以直接控制黄酮醇合成基因的表达，从而促进类黄酮的积累。植物体内的类黄酮可以吸收UV-B，作为“防晒霜”保护植物细胞，增强植物对紫外胁迫的抵抗能力。类黄酮除了保护植物，抵抗紫外胁迫，同时在人类健康和工业生产中有重要作用，它具有抗炎、抗氧化、抗癌功效，也可以作为天然产物应用于食品加工。但是，关于UV-B诱导类黄酮积累和抵抗紫外胁迫的研究还不是很清楚，至少有以下问题有待解决：1.在没有UV-B时，MYB基因表达量低，类黄酮积累少，那么植物在正常生长状态下是如何抑制MYB表达呢？已发现存在正调控因子促进MYB基因表达，是否存在其他因子调控MYB基因表达？2.植物是如何平衡正常的生长发育和抵抗紫外胁迫呢？因此，本领域亟待研究这些问题，发现更多的调控MYB的基因有利于精细定向地调控类黄酮的积累；阐明植物平衡生长发育和抵抗紫外胁迫的分子机理，有助于培育出既抗紫外胁迫又兼顾产量的优质品种。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供调节植物类黄酮合成及紫外抗性的基因及其应用。在本专利技术的第一方面，提供一种调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性的方法，所述方法包括：调控植物体内油菜素甾醇(BR)信号通路的转录因子BES1，从而调控(负调控)植物体内类黄酮的合成或植物对紫外线的抗性；其中，所述的BES1包括其同源物。所述的同源物包括在多个物种中的同源多肽或基因，例如拟南芥或玉米中BES1，水稻中OsBZR1homolog。在一个优选例中，所述方法选自：(a)下调BES1，从而促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性；或(b)上调BES1，从而抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性。在另一优选例中，(a)中，BES1被下调，使得MYB转录因子表达增加，进而促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性；或(b)中，BES1被上调，使得MYB转录因子表达降低，进而抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性；较佳地，所述的MYB转录因子包括MYB11，MYB12，MYB111。在另一优选例中，所述的BES1通过与MYB基因启动子G-box结合而调控MYB转录因子表达。在另一优选例中，(a)中，下调BES1包括：在植物中敲除或沉默BES1的编码基因，或抑制BES1的活性；较佳地，包括(但不限于)：以特异性干扰BES1的编码基因表达的干扰分子来沉默BES1，以紫外胁迫抑制BES1表达，以CRISPR系统进行基因编辑从而敲除BES1的编码基因，或以同源重组的方法敲除BES1编码基因。在另一优选例中，所述的以紫外胁迫抑制BES1表达是以BUV中波长为280-300nm的紫外线进行紫外胁迫。在另一优选例中，所述的干扰分子是以BES1的编码基因或其转录本为抑制或沉默靶标的dsRNA、反义核酸、小干扰RNA、微小RNA，或能表达或形成所述dsRNA、反义核酸、小干扰RNA、微小RNA的构建物；较佳地，所述的干扰分子是以BES1cDNA序列构建的dsRNA。在另一优选例中，(b)中，上调BES1包括(但不限于)：将BES1的编码基因或含有该编码基因的表达构建物或载体转入植物中；或对BES1进行功能获得性点突变，较佳地，将其编码区第698个核苷酸由C突变为T。在本专利技术的另一方面，提供一种调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性的方法，所述方法包括：调控植物体内油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1对于MYB转录因子的抑制作用，从而调控(负调控)植物体内类黄酮的合成或植物对紫外线的抗性。在一个优选例中，所述方法选自：(1)降低BES1对MYB转录因子的抑制作用，从而促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性；或(2)提高BES1对MYB转录因子的抑制作用，从而抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性。在一个优选例中，所述的植物包括(但不限于)：禾本科植物、十字花科植物。在本专利技术的另一方面，提供一种油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1或其调节剂的用途，用于调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性。在一个优选例中，所述的BES1或其上调剂抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性；所述的BES1的下调剂促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性。在本专利技术的另一方面，提供一种油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1的用途，用于作为鉴定植物体内类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性的分子标记。在本专利技术的另一方面，提供一种定向选择类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性增强或减弱的植物的方法，所述方法包括：鉴定测试植物体内油菜素甾醇信号通路，特别是其中的转录因子BES1的表达，若是该测试植物的BES1表达低于该类(或该种)植物的BES1平均表达值，则其为(潜在地为)类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性强的植物；若是该测试植物的BES1表达高于该类(或该种)植物的BES1平均表达值，则其为(潜在地为)类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性弱的植物。在本专利技术的另一方面，提供一种定向选择类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性增强或减弱的植物的方法，所述方法包括：鉴定测试植物体内油菜素甾醇信号通路转录因子BES1对于MYB转录因子的抑制作用，若是该测试植物中BES1对于MYB转录因子的抑制作用低于该类(或该种)植物的平均水平，则其为类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性强的植物；若是该测试植物中BES1对于MYB转录因子的抑制作用高于该类(或该种)植物的平均水平，则其为类黄酮合成能力或植物对紫外线的抗性弱的植物。在本专利技术的另一方面，提供一种筛选调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性的调节剂的方法，所述方法包括：(1)将候选物质加入到含有植物体内油菜素甾醇信号通路转录因子BES1的体系中；较佳地，该体系含有油菜素甾醇信号通路；(2)检测所述体系中，观测(1)的体系中转录因子BES1的表达或活性；若所述候选物质抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性的方法，其特征在于，所述方法包括：调控植物体内油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1，从而调控植物体内类黄酮的合成或植物对紫外线的抗性；其中，所述的BES1包括其同源物。/n

【技术特征摘要】
1.一种调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性的方法，其特征在于，所述方法包括：调控植物体内油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1，从而调控植物体内类黄酮的合成或植物对紫外线的抗性；其中，所述的BES1包括其同源物。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法选自：
(a)下调BES1，从而促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性；或
(b)上调BES1，从而抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，(a)中，BES1被下调，使得MYB转录因子表达增加，进而促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性；或
(b)中，BES1被上调，使得MYB转录因子表达降低，进而抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性；
较佳地，所述的MYB转录因子包括MYB11，MYB12，MYB111。


4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，(a)中，下调BES1包括：在植物中敲除或沉默BES1的编码基因，或抑制BES1的活性；较佳地，包括：以特异性干扰BES1的编码基因表达的干扰分子来沉默BES1，以紫外胁迫抑制BES1表达，以CRISPR系统进行基因编辑从而敲除BES1的编码基因，或以同源重组的方法敲除BES1编码基因。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的以紫外胁迫抑制BES1表达是以BUV中波长为280-300nm的紫外线进行紫外胁迫。


6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，(b)中，上调BES1包括：将BES1的编码基因或含有该编码基因的表达构建物或载体转入植物中；或对BES1进行功能获得性点突变，较佳地，将其编码区第698个核苷酸由C突变为T。


7.一种调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性的方法，其特征在于，所述方法包括：调控植物体内油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1对于MYB转录因子的抑制作用，从而调控植物体内类黄酮的合成或植物对紫外线的抗性。


8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法选自：
(1)降低BES1对MYB转录因子的抑制作用，从而促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性；或
(2)提高BES1对MYB转录因子的抑制作用，从而抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性。


9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的植物包括：禾本科植物、十字花科植物。


10.一种油菜素甾醇信号通路的转录因子BES1或其调节剂的用途，用于调节植物体内类黄酮合成或调控植物对紫外线的抗性。


11.如权利要求10所述的用途，其特征在于，所述的BES1或其上调剂抑制植物体内类黄酮的合成或降低植物对紫外线的抗性；
所述的BES1的下调剂促进植物体内类黄酮的合成或提高植物对紫外线的抗性。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏涛，梁通，史辰，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31