一种通过控制HDS22基因来调控MEcPP含量从而改善植物耐热性的方法技术

本发明专利技术提供了一种通过控制HDS22基因来调控MEcPP含量从而改善植物耐热性的方法，属于基因工程技术领域。本发明专利技术在HDS22基因的第6个外显子处增添了2个碱基(AA)，使之造成移码突变，从而获得基因功能缺失突变体，所述突变体中MEcPP含量增加，抗高温胁迫能力增强，因此可将所述突变基因用于改变MEcPP水平和植物抗逆性改良，具有较高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种通过控制HDS22基因来调控MEcPP含量从而改善植物耐热性的方法
本专利技术属于基因工程
，具体涉及一种通过控制HDS22基因来调控MEcPP含量从而改善植物耐热性的方法。
技术介绍
质体中由核基因编码的蛋白质超过95％，这些蛋白质在细胞质中翻译，然后被运输进细胞器。而在长期进化过程中，叶绿体也能够通过信号传递使细胞核感知叶绿体的功能状态，对细胞核实施反馈调节，从而达成两种细胞器的相互协调与相互适应。尽管质体的发育和基因表达在很大程度上受细胞核的调控，叶绿体代谢物浓度或者发育的变化也会导致核基因表达调控的变化。这种质体产生的信号被传递到核从而调控核基因表达的过程被称为逆行信号转导(retrogradesignaling)。叶绿体逆行信号主要分为两大类：第一类和叶绿体的发育和光系统有关，称为“生物成因”控制信号，如四吡咯合成途径的中间代谢物亚铁血红素(heme)；第二类与质体代谢有关，是对环境波动的反应，即质体的“操作”信号，如叶绿体的氧化还原状态或活性氧(ROS)。另外，一些次生代谢物也可以作为逆行信号调控核基因表达，如β-胡萝卜素被氧化产生的beta-环柠檬醛(β-CC)；叶绿体中SAL1突变导致核苷-3’-磷酸腺苷-5’-磷酸(PAP)的积累，PAP可作为一种逆行信号分子；MEP途径中的中间代谢产物2-C-甲基-D-赤藓醇2，4-环二磷酸MEcPP；还有ζ-胡萝卜素和/或植物六氢番茄红素的裂解产物。其中，小分子代谢物MEcPP(甲基赤藓醇环二磷酸，2-C-Methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate)介导的逆行信号途径具有很大的研究前景。究其原因为MEcPP是甲基赤藓醇磷酸途径(MEP途径)产生的，且MEP途径可以提供植物中大多数的激素前体；它能够调节应激反应基因表达水平；另外，叶绿体逆行信号对叶绿体的发生和叶绿体发挥最优功能具有重要作用，即MEcPP对植物的生长发育非常重要。目前这些研究大多集中在模式植物拟南芥中，而拟南芥中HDS是单拷贝的，其纯合突变又是致死的，不利于研究其在耐高温改良中的应用，在其它植物中的HDS的相关研究较少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种通过控制HDS22基因从而调控MEcPP含量的方法，利用所述方法产生的突变体植物，MEcPP含量增加，抗高温胁迫能力增强，具有较高的实际应用价值。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种调控MEcPP含量的HDS22基因的突变基因，所述突变基因包括在HDS22基因的第6个外显子处增添AA碱基；所述HDS22基因的核苷酸序列选自GeneID为Pp3c22_14940的基因核苷酸序列、与所述GeneID所示的序列具有90％以上同源性的核苷酸序列或与所述GeneID所示的序列杂交的核苷酸序列。优选的，在所述HDS22基因的2480bp后增添AA碱基。优选的，所述突变基因的核苷酸序列包括SEQIDNO.1所示的序列。本专利技术还提供了一种包括上述突变基因的重组工程菌或转基因细胞系。本专利技术还提供了上述突变基因或上述重组工程菌或转基因细胞系在提高植物非生物胁迫抗性中的应用。优选的，所述非生物胁迫包括高温胁迫、干旱胁迫和/或盐胁迫。本专利技术还提供了一种通过控制HDS22基因来调控MEcPP含量的方法，包括以下步骤：所述控制包括在HDS22基因的第6个外显子处增添AA碱基；所述HDS22基因的核苷酸序列选自GeneID为Pp3c22_14940的基因核苷酸序列、与所述GeneID所示的序列具有90％以上同源性的核苷酸序列或与所述GeneID所示的序列杂交的核苷酸序列。本专利技术还提供了一种提高植物非生物胁迫抗性的方法，包括以下步骤：(1)将上述突变基因的靶序列插入pU6sgRNA载体，得重组载体；(2)将所述重组载体和Cas9载体共转化进小立碗藓(植物)原生质体，经过筛选和鉴定，得到HDS22基因第6外显子插入AA碱基的突变体植株。本专利技术通过改变调控MEcPP含量的HDS22基因，在所述HDS22基因的第6个外显子处增添了2个碱基(AA)，造成移码突变，获得基因功能缺失突变体。本专利技术所述HDS22基因能够编码1-羟基-2-甲基-2-丁烯基-4-磷酸合成酶(HDS)，该酶可催化甲基赤藓醇磷酸(MEP)途径中间代谢物甲基赤藓糖醇环二磷酸(MEcPP)转化为羟甲基丁烯基二磷酸(羟基甲基叔丁基二磷酸，HMBPP)。在本专利技术实施例中，将所述突变基因经原生质体法导入到小立碗藓获得插入2核苷酸的突变体后，突变体植物MEcPP含量增加，抗高温胁迫能力增强，因此可将所述突变基因用于改变MEcPP水平和植物抗逆性改良，具有较高的实际应用价值。附图说明图1为HDS22突变体的鉴定结果；图2为野生型(WT)和HDS22突变体(hds22)叶绿体超微结构图，其中A至C为野生型的叶绿体超微结构；D至F为HDS22突变体(hds22)的叶绿体超微结构；图3为HDS22突变体中MEcPP含量图；图4为野生型(WT)和HDS22突变体(hds22)的光合作用活性对比图；图5为经高温处理后和高温处理恢复后的HDS22突变体(hds22)和野生型的MEcPP含量对比。具体实施方式本专利技术提供了一种调控MEcPP含量的HDS22基因的突变基因，所述突变基因包括在HDS22基因的第6个外显子处增添AA碱基；所述HDS22基因的核苷酸序列选自GeneID为Pp3c22_14940的基因核苷酸序列、与所述GeneID所示的序列具有90％以上同源性的核苷酸序列或与所述GeneID所示的序列杂交的核苷酸序列。本专利技术所述HDS22基因能够编码1-羟基-2-甲基-2-丁烯基-4-磷酸合成酶(HDS)，该酶的氨基酸序列如SEQIDNO.3所示：MAASNVAMSKSILSSFSSSKKLDSIPGSLQQDMAVELAGTIKVHRNRTSRGQRIHVAGVRNIASELVEMEPASQDSQLLVSRKKYCEAVYAPVRRKTRTVNIGGVTLGSEHPIRVQTMTTTDTKDVKGTVDQVMRIADRGCDIVRITVQGRREADACYEIKNTLVQKGYDIPLVADIHFAPPIAMKVADCFDKIRINPGNFADRRAQFEKLSYTEADYQEELRHIEEVFTPLVEKCKKLGRAIRIGTNHGSLSDRIMSYYGDSPRGMVESAFEFARICRKHDFHNFLFSMKASNPVVMVQAYRLLVSEMYVNDWDYPLHLGVTEAGEGEDGRMKSAIGIGALLQDGLGDTIRVSLTEAPEEEIDPCTKLANLGMKISAEQKGVPEFQEKHRRYFDFQRRTGQLPLQKEEELVDYRNVLHRDGSVLLSVTLDQLKSPEFLYKNLATKLIIGMPYKDLATVDTIL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控MEcPP含量的HDS22基因的突变基因，其特征在于，所述突变基因包括在HDS22基因的第6个外显子处增添AA碱基；/n所述HDS22基因的核苷酸序列选自Gene ID为Pp3c22_14940的基因核苷酸序列、与所述Gene ID所示的序列具有90％以上同源性的核苷酸序列或与所述Gene ID所示的序列杂交的核苷酸序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种调控MEcPP含量的HDS22基因的突变基因，其特征在于，所述突变基因包括在HDS22基因的第6个外显子处增添AA碱基；
所述HDS22基因的核苷酸序列选自GeneID为Pp3c22_14940的基因核苷酸序列、与所述GeneID所示的序列具有90％以上同源性的核苷酸序列或与所述GeneID所示的序列杂交的核苷酸序列。


2.根据权利要求1所述突变基因，其特征在于，在所述HDS22基因的2480bp后增添AA碱基。


3.根据权利要求1或2所述突变基因，其特征在于，所述突变基因的核苷酸序列包括SEQIDNO.1所示的序列。


4.一种包括权利要求1～3任一项所述突变基因的重组工程菌或转基因细胞系。


5.权利要求1～3任一项所述突变基因或权利要求4所述重组工程菌或转基因细胞系在提高植物非生物胁迫抗性...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉，普晓俊，杨卓，杨红，袁文雅，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42