调控植物叶片暗呼吸的蛋白及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种调控植物叶片暗呼吸的蛋白及其应用。本发明专利技术人确定了一种具有新功能的leucine rich repeat receptor kinase(LRK1)基因，该LRK1基因编码一个类受体激酶，其是控制夜间暗呼吸效率的关键基因。当提高LRK1基因的表达时，可显著改善植物的性状，包括：(i)提高植物叶片的暗呼吸速率，(ii)促进植物生长，(iii)增加植物产量、株高或分蘖，或(iv)提高植物高温耐性等。因此，该LRK1基因可以作为调控植物性状的靶标，应用于植物育种中。中。

【技术实现步骤摘要】
调控植物叶片暗呼吸的蛋白及其应用


[0001]本专利技术属于生物技术和植物学领域，更具体地，本专利技术涉及调控植物叶片暗呼吸的蛋白及其应用。

技术介绍

[0002]随着世界人口的快速增长，耕地面积逐渐减少，粮食等作物的安全问题日益严重。例如，水稻是中国重要的粮食作物，提高水稻产量被认为是缓解粮食危机最为重要的因素之一。提高水稻产量的因素除了提高光合效率以外，还要考虑降低呼吸消耗。植物的呼吸作用主要是通过氧气的消耗和CO2的释放来实现，这对于维持全球碳平衡也起着关键作用。在生态系统层面，植物呼吸释放的CO2可以占大气总CO2的65％，余下的CO2来源于矿质土壤呼吸(Raich and Schlesinger，1992)。据估计，全球陆地植被呼吸每年可释放64G吨碳元素，这要比来源于化石燃料和水泥生产所带来的CO2环境释放要多10倍以上(Schimel，1995)。
[0003]据报道，每天由于光合进程所释放到大气的CO2的2/3来源于植物叶片的暗呼吸(Poorter et al.，1990；Van der Werf et al.，1994；Atkin et al.，1996；Loveys et al.，2002)。然而，植物叶片的呼吸过程是一个非常复杂的过程，可概况为光照下的呼吸(包括光呼吸和光照增强下的暗呼吸)和黑暗条件下的暗呼吸。其中，光照和温度是影响暗呼吸的主要因素。在白天，由于光合作用，大量的ATP和还原力在叶绿体中形成，用于碳和氮的同化进程，并以淀粉等多糖类物质储存在细胞质中。另外，这些同化产物被随后被运输到植物的库器官，例如籽粒中以及通过糖酵解、三羧酸循环以及电子传递链、氧化磷酸化和Rubisco的氧化途径(光呼吸)进而形成碳骨架。相比之下，在黑暗条件下，细胞多糖被分解，用于生长呼吸、维持呼吸以及运输和营养同化，这会消耗细胞内部的ATP。目前，本领域研究人员在高光效育种，提高光合效率的同时，往往忽略暗呼吸的改良。主要由于缺乏对暗呼吸效率的分子机理的了解，以及缺乏高通量有效的测量手段用于功能基因挖掘。二个阶段。大多数研究者对于提高光合效率只针对某一特定环节，因此对于整体光合效率的改善不大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供调控植物叶片暗呼吸的蛋白及其应用。
[0005]在本专利技术的第一方面，提供一种LRK1或其上调分子的用途，用于：(a)改良植物的性状，(b)制备改良植物性状的制剂或组合物，或(c)制备性状改良的植物；其中，所述改良性状包括：(i)提高植物叶片的暗呼吸速率，(ii)促进植物生长，(iii)增加植物产量、株高或分蘖，或(iv)提高植物高温耐性；其中，所述LRK1包括其同源物。
[0006]在一个优选例中，所述组合物包括农用组合物。
[0007]在另一优选例中，所述高温为温度高于25℃，较佳地高于28℃，更佳地高于30℃(如高于32℃，34℃，35℃，36℃，38℃，40℃)。
[0008]在另一优选例中，述的上调分子包括：与LRK1相互作用、从而提高其表达或活性的上调分子；过表达LRK1的表达盒或表达构建物(如表达载体)；或定点突变的试剂，其靶向于
LRK1基因上游(启动子区)的-242位碱基(相应于SEQ ID NO:3所示核苷酸序列(启动子)的第1760位，将其突变为A。
[0009]在本专利技术的另一方面，提供一种改良植物性状或制备性状改良的植物的方法，包括：在植物中提高LRK1的表达或活性；其中，改良的性状包括：(i)提高植物叶片的暗呼吸速率，(ii)促进植物生长，(iii)增加植物产量、株高或分蘖，或(iv)提高植物高温耐性；其中，所述LRK1包括其同源物。
[0010]在一个优选例中，所述的提高LRK1的表达或活性包括：在植物中过表达LRK1；或以突变试剂靶向于LRK1启动子的-242位，将之突变为碱基A。
[0011]在本专利技术的另一方面，提供一种植物细胞，其表达外源的LRK1或其同源物的表达盒；较佳地，该表达盒包括：启动子，LRK1或其同源物的编码基因，终止子；较佳地，该表达盒被包含在构建物或表达载体中。
[0012]在一个优选例中，所述的植物选自下组或所述LRK1或其同源物来自下组：禾本科植物，如水稻(Oryza sativa)，小米(Setaria italica)，狗尾草(Setaria viridis)，Panicum hallii var.hallii，黍(Panicum miliaceum)，Dichanthelium oligosanthes，玉米(Zea mays)，高粱(Sorghum bicolor)，画眉草(Eragrostis curvula)，大麦(Hordeum vulgare)，二穗短柄草(Brachypodium distachyon)，小麦(Triticum aestivum)；十字花科植物，如拟南芥(Arabidopsis thaliana)；凤梨科植物，如菠萝(Ananas comosus)；兰科植物，如石斛(Dendrobium catenatum)；
[0013]棕榈科植物，如枣椰(Phoenix dactylifera)，油棕(Elaeis guineensis)；睡莲科植物，如荷花(Nelumbo nucifera)；罂粟科植物，如博落回(Macleaya cordata)；桃金娘科植物，如Syzygium oleosum；茜草科植物，如Coffea canephora；茄科植物，如马铃薯(Solanum tuberosum)，烟草(Nicotiana tabacum)，美花烟草(Nicotiana sylvestris)，Gapsinam chilense；梧桐科植物，如可可树(Theobroma cacao)；豆科植物，如花生(Arachis hypogaea)；或大叶藻科植物，如大叶藻(zostera marina)。
[0014]在另一优选例中，所述的LRK1包括cDNA序列、基因组序列、或其组合。
[0015]在另一优选例中，所述的水稻选自下组：籼稻、粳稻。
[0016]在另一优选例中，所述的LRK1的多肽的氨基酸序列选自下组：(i)具有SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽；(ii)将如SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列经过一个或几个(如1-20个，1-10个，1-5个，1-3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，具有所述调控性状功能的、由(i)衍生的多肽；(iii)氨基酸序列与SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的同源性≥85％(较佳地≥90％，更佳地≥95％，更佳地≥98％)，具有所述调控性状功能的多肽；(iv)SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽的活性片段；或(v)在SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽的N或C末端添加标签序列，或在其N末端添加信号肽序列后形成的多肽。
[0017]在另一优选例中，编码LRK1的核苷酸序列选自下组：(a)编码如SEQ ID NO:2所示多肽的多核苷酸；(b)序列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LRK1或其上调分子的用途，其特征在于，用于：(a)改良植物的性状，(b)制备改良植物性状的制剂或组合物，或(c)制备性状改良的植物；其中，所述改良性状包括：(i)提高植物叶片的暗呼吸速率，(ii)促进植物生长，(iii)增加植物产量、株高或分蘖，或(iv)提高植物高温耐性；其中，所述LRK1包括其同源物。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的上调分子包括：与LRK1相互作用、从而提高其表达或活性的上调分子；过表达LRK1的表达盒或表达构建物；或定点突变的试剂，其靶向于LRK1基因上游的-242位碱基，将其突变为A。3.一种改良植物性状或制备性状改良的植物的方法，其特征在于，包括：在植物中提高LRK1的表达或活性；其中，改良的性状包括：(i)提高植物叶片的暗呼吸速率，(ii)促进植物生长，(iii)增加植物产量、株高或分蘖，或(iv)提高植物高温耐性；其中，所述LRK1包括其同源物。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的提高LRK1的表达或活性包括：在植物中过表达LRK1；或以突变试剂靶向于LRK1启动子的-242位，将之突变为碱基A。5.一种植物细胞，其特征在于，其表达外源的LRK1或其同源物的表达盒；较佳地，该表达盒包括：启动子，LRK1或其同源物的编码基因，终止子；较佳地，该表达盒被包含在构建物或表达载体中。6.如权利要求1～5任一所述，其特征在于，所述的植物选自下组或所述LRK1或其同源物来自下组：禾本科植物，如水稻(Oryza sativa)，小米(Setaria italica)，狗尾草(Setaria viridis)，Panicum hallii var.hallii，黍(Panicum miliaceum)，Dichanthelium oligosanthes，玉米(Zea mays)，高粱(Sorghum bicolor)，画眉草(Eragrostis curvula)，大麦(Hordeum vulgare)，二穗短柄草(Brachypodium distachyon)，小麦(Triticum aestivum)；十字花科植物，如拟南芥(Arabidopsis thaliana)；凤梨科植物，如菠萝(Ananas comosus)；兰科植物，如石斛(Dendrobium catenatum)；棕榈科植物，如枣椰(Phoenix dactylifera)，油棕(Elaeis guineensis)；睡莲科植物，如荷花(Nelumbo nucifera)；罂粟科植物，如博落回(Macleaya cordata)；桃金娘科植物，如Syzygium oleosum；茜草科植物，如Coffea canephora；茄科植物，如马铃薯(Solanum tuberosum)，烟草(Nicotiana tabacum)，美花烟草(Nicotiana sylvestris)，Gapsinam chilense；梧桐科植物，如可可树(Theobroma cacao)；豆科植物，如花生(Arachis hypogaea)；或
大叶藻科植物，如大叶藻(zostera marina)。7.如权利要求1～5任一所述，其特征在于，所述的LRK1的多肽的氨基酸序列选自下组：(i)具有SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽；(ii)将如SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列经过一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书三页说明书一六页序列表一二页附图六页，
申请(专利权)人：中国科学院分子植物科学卓越创新中心，
类型：发明
国别省市：