ZmGLK1在提高植物强光胁迫抗性和产量中的应用制造技术

本发明专利技术公开了ZmGLK1在提高植物强光胁迫抗性和产量中的应用。本发明专利技术提供的ZmGLK1为如下A1)、A2)或A3)：A1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；A2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。实验证明，本发明专利技术的ZmGLK1及其编码基因可以提高植物抵御高光抑制的能力以及生物量与产量：向植物中导入ZmGLK1的编码基因得到的转基因植株与野生型植物相比植物抵御高光抑制的能力以及生物量与产量均得到提高。

Application of zmglk1 in improving plant resistance to strong light stress and yield

【技术实现步骤摘要】
ZmGLK1在提高植物强光胁迫抗性和产量中的应用
本专利技术涉及生物
中，ZmGLK1在提高植物强光胁迫抗性和产量中的应用。
技术介绍
光是地球上植物进行光合作用的能量来源，但是当植物光合机构吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，过剩的光能引起光能转化效率的下降，甚至会引起光合机构的光氧化损害，这称为光抑制现象。在没有其它环境胁迫的条件下，光抑制可以使植物的光合生产力降低10％以上。光抑制主要发生在光合元件的光系统II(PSII)中，特别是在高温干旱的环境中，光抑制是植物抵御外界胁迫的保护性反应。光抑制包括了光保护和光破坏两方面，主要表现为PSII的最大光化学效率(以荧光参数Fv/Fm表示)和光合效率的降低，光抑制的程度取决于光合机构保护机制的修复与PSII反应中心破坏两方面的平衡状态。PSII反应中心D1蛋白是PSII的核心蛋白，是强光对光合机构破坏的主要靶点。光抑制导致D1蛋白被氧化失活，并最终使其降解，同时D1蛋白又是叶片中周转代谢最快的蛋白，正常条件下其半衰期仅20-30分钟，通过不停的周转来维持其动态平衡。研究表明，强光直接抑制D1蛋白的生物合成，使其修复速率低于降解速率，会累积光损伤，加剧光抑制程度。当光能过剩时，以非光化学淬灭(NPQ)为主要形式的热耗散是有效保护植物免受高光抑制的重要途径，Demmig-Adams等研究证实叶黄素循环在光抑制中具有调节过剩光能耗散的重要作用。植物在长期进化过程中通过其结构进化、光合途径的改变和提高光合运转等来调节保护光抑制，其中C4植物光合循环保持较高电子传递效率、减轻光抑制，对光抑制的保护最有效。强光对光抑制的影响效果非常明显，中午阳光最强烈，而相应的C3植物光合速率有明显的下降。C3作物水稻在其生育期内，特别是在后期抽穗灌浆期间需要消耗大量的能量，而由于高光照引起的光抑制和光氧化伤害，可导致叶片光合能力下降、灌浆不良，并直接引起产量的下降。因此如何通过提高水稻对由于高光引起光抑制的抵御能力，充分有效地利用光能资源，是进一步提升植物产量、实现稳产高产的关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种来自于玉米(ZeamaysL.)的蛋白质(其名称为ZmGLK1)在提高植物强光胁迫抗性和产量中的应用。本专利技术首先提供了ZmGLK1或调控ZmGLK1活性或含量的物质的下述任一应用：D1)调控植物产量或制备调控植物产量的产品；D2)调控植物光胁迫抗性或制备调控植物光胁迫抗性的产品；D3)调控植物D1蛋白运转能力或制备调控植物D1蛋白运转能力的产品；D4)调控植物D1蛋白含量或制备调控植物D1蛋白含量的产品；D5)培育产量提高植物或制备培育产量提高植物的产品；D6)培育光胁迫抗性提高植物或制备培育光胁迫抗性提高植物的产品；D7)培育D1蛋白运转能力提高植物或制备培育D1蛋白运转能力提高植物的产品；D8)培育D1蛋白含量提高植物或制备培育D1蛋白含量提高植物的产品；ZmGLK1为如下A1)、A2)或A3)：A1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；A2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。为了使A1)中的蛋白质便于纯化，可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如下表所示的标签。表：标签的序列标签残基序列Poly-Arg5-6(通常为5个)RRRRRPoly-His2-10(通常为6个)HHHHHHFLAG8DYKDDDDKStrep-tagII8WSHPQFEKc-myc10EQKLISEEDL上述A2)中的蛋白质，为与序列1所示蛋白质的氨基酸序列具有75％或75％以上同一性且具有相同功能的蛋白质。所述具有75％或75％以上同一性为具有75％、具有80％、具有85％、具有90％、具有95％、具有96％、具有97％、具有98％或具有99％的同一性。上述A2)中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。上述A2)中的蛋白质的编码基因可通过将序列2所示的DNA序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上上表所示的标签的编码序列得到。其中，序列2所示的DNA分子编码序列1所示的蛋白质。本专利技术还提供了与ZmGLK1相关的生物材料的下述任一应用：D1)调控植物产量或制备调控植物产量的产品；D2)调控植物光胁迫抗性或制备调控植物光胁迫抗性的产品；D3)调控植物D1蛋白运转能力或制备调控植物D1蛋白运转能力的产品；D4)调控植物D1蛋白含量或制备调控植物D1蛋白含量的产品；D5)培育产量提高植物或制备培育产量提高植物的产品；D6)培育光胁迫抗性提高植物或制备培育光胁迫抗性提高植物的产品；D7)培育D1蛋白运转能力提高植物或制备培育D1蛋白运转能力提高植物的产品；D8)培育D1蛋白含量提高植物或制备培育D1蛋白含量提高植物的产品；所述生物材料为下述B1)至B7)中的任一种：B1)编码ZmGLK1的核酸分子；B2)含有B1)所述核酸分子的表达盒；B3)含有B1)所述核酸分子的重组载体、或含有B2)所述表达盒的重组载体；B4)含有B1)所述核酸分子的重组微生物、或含有B2)所述表达盒的重组微生物、或含有B3)所述重组载体的重组微生物；B5)含有B1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有B2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有B3)所述重组载体的转基因植物细胞系；B6)含有B1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有B2)所述表达盒的转基因植物组织、或含有B3)所述重组载体的转基因植物组织；B7)含有B1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有B2)所述表达盒的转基因植物器官、或含有B3)所述重组载体的转基因植物器官。上述应用中，B1)所述核酸分子可为如下b11)-b15)中的任一种：b11)编码序列是序列表中序列2的cDNA分子或DNA分子；b12)序列表中序列2所示的cDNA分子或DNA分子；b13)序列表中序列3的所示的DNA分子；b14)与b11)或b12)或b13)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码ZmGLK1的cDNA分子或DNA分子；b15)在严格条件下与b11)或b12)或b13)或b14)限定的核苷酸序列杂交，且编码ZmGLK1的cDNA分子或DNA分子。...

【技术保护点】
1.蛋白质或调控所述蛋白质活性或含量的物质的下述任一应用：/nD1)调控植物产量或制备调控植物产量的产品；/nD2)调控植物光胁迫抗性或制备调控植物光胁迫抗性的产品；/nD3)调控植物D1蛋白运转能力或制备调控植物D1蛋白运转能力的产品；/nD4)调控植物D1蛋白含量或制备调控植物D1蛋白含量的产品；/nD5)培育产量提高植物或制备培育产量提高植物的产品；/nD6)培育光胁迫抗性提高植物或制备培育光胁迫抗性提高植物的产品；/nD7)培育D1蛋白运转能力提高植物或制备培育D1蛋白运转能力提高植物的产品；/nD8)培育D1蛋白含量提高植物或制备培育D1蛋白含量提高植物的产品；/n所述蛋白质为如下A1)、A2)或A3)：/nA1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；/nA2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；/nA3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。/n

【技术特征摘要】
1.蛋白质或调控所述蛋白质活性或含量的物质的下述任一应用：
D1)调控植物产量或制备调控植物产量的产品；
D2)调控植物光胁迫抗性或制备调控植物光胁迫抗性的产品；
D3)调控植物D1蛋白运转能力或制备调控植物D1蛋白运转能力的产品；
D4)调控植物D1蛋白含量或制备调控植物D1蛋白含量的产品；
D5)培育产量提高植物或制备培育产量提高植物的产品；
D6)培育光胁迫抗性提高植物或制备培育光胁迫抗性提高植物的产品；
D7)培育D1蛋白运转能力提高植物或制备培育D1蛋白运转能力提高植物的产品；
D8)培育D1蛋白含量提高植物或制备培育D1蛋白含量提高植物的产品；
所述蛋白质为如下A1)、A2)或A3)：
A1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；
A2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；
A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。


2.与权利要求1中所述蛋白质相关的生物材料的下述任一应用：
D1)调控植物产量或制备调控植物产量的产品；
D2)调控植物光胁迫抗性或制备调控植物光胁迫抗性的产品；
D3)调控植物D1蛋白运转能力或制备调控植物D1蛋白运转能力的产品；
D4)调控植物D1蛋白含量或制备调控植物D1蛋白含量的产品；
D5)培育产量提高植物或制备培育产量提高植物的产品；
D6)培育光胁迫抗性提高植物或制备培育光胁迫抗性提高植物的产品；
D7)培育D1蛋白运转能力提高植物或制备培育D1蛋白运转能力提高植物的产品；
D8)培育D1蛋白含量提高植物或制备培育D1蛋白含量提高植物的产品；
所述生物材料为下述B1)至B7)中的任一种：
B1)编码权利要求1中所述蛋白质的核酸分子；
B2)含有B1)所述核酸分子的表达盒；
B3)含有B1)所述核酸分子的重组载体、或含有B2)所述表达盒的重组载体；
B4)含有B1)所述核酸分子的重组微生物、或含有B2)所述表达盒的重组微生物、或含有B3)所述重组载体的重组微生物；
B5)含有B1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有B2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有B3)所述重组载体的转基因植物细胞系；
B6)含有B1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有B2)所述表达盒的转基因植物组织、或含有B3)所述重组载体的转基因植物组织；
B7)含有B1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有B2)所述表达盒的转基因植物器官、或含有B3)所述重组载体的转基因植物器官。


3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：B1)所述核酸分子为如下b11)-b15)中的任一种：
b11)编码序列是序列表中序列2的cDNA分子或DNA分子；
b12)序列表中序列2所示的cDNA分子或DNA分子；
b13)序列表中序列3的所示的DNA分子；
b14)与b11)或b12)或b13)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码权利要求1中所述蛋白质的cDNA分子或DNA分子；
b15)在严格条件下与b11)或b12)或b13)或b14)限定的核苷酸序列杂交，且编码权利要求1中所述蛋白质的cDNA分子或DNA分子。


4.根据权利要求1-3中任一所述的应用，其特征在于：
所述调控植物产量为提高植物产量；
所述调控植物光胁迫抗性为提高植物光胁迫抗性；
所述调控植物D1蛋白运转能力为提高植物D1蛋白运转能力；
所述调控植物D1蛋白含量为提高植物D1蛋白含量；
和/或，
所述产量为植物的地上部生物量或籽粒产量；
所述光胁迫为强光胁迫；
所述D1蛋白含量为叶片中D1含量。


5.根据权利要求1-4中任一所述的应用，其特征在于：所述植物为C3植物或C4植物；
进一步，所述C3植...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文彬，李霞，王鹏，李静，魏少博，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11