一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2及其编码基因和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2及其编码基因和应用。本发明专利技术在柱花草中克隆到了一个表达水平与柱花草对锰毒害响应过程高度吻合的苯丙氨酸解氨酶基因SgPAL2，并通过转基因拟南芥表达体系，证明了SgPAL2的表达能够促进转基因拟南芥对锰毒害的耐受能力，同时证明了该基因的作用机制是通过减少植株中锰的积累，从而提高植物对锰毒害的耐受能力，因此可将其用于制备耐锰毒害的转基因植物。本发明专利技术不仅丰富了植物耐锰毒害的基因库，还有助于耐锰毒害的作物品种的培育。还有助于耐锰毒害的作物品种的培育。还有助于耐锰毒害的作物品种的培育。

【技术实现步骤摘要】
一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2及其编码基因和应用


[0001]本专利技术属于基因工程
更具体地，涉及一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2及其编码基因和应用。

技术介绍

[0002]锰(Manganese，Mn)是植物生长发育必需的微量营养元素之一，参与植物体内光合作用、呼吸作用和蛋白质合成等一系列生理生化的过程。但是，锰也是重金属元素之一，因土壤污染等导致的锰过量积累会对植物产生毒害作用，锰毒害的典型特征是成熟叶片上出现褐色斑点、萎黄和坏死，最终会抑制植物生长。
[0003]苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia
‑
lyase，PAL)是植物苯丙烷代谢途径的限速酶。苯丙氨酸经苯丙烷代谢途径转化形成的酚类、类黄酮和木质素等次级代谢物，在植物生长发育、抗病和抗逆中起关键作用。研究发现，金属锰毒胁迫会影响植物苯丙烷代谢途径，从而改变次级代谢物含量。例如，在过量锰处理条件下，豇豆叶片酚类物质和胼胝质含量显著增加；类似的，过量锰处理下水稻叶片中的木质素和黄酮类化合物增加，过量锰处理下杨树叶片中苯丙氨酸的含量增加，进而缓解了锰对植物体的毒害。目前对于苯丙氨酸解氨酶与植物锰毒胁迫相关的研究中，多数在生理水平，关于苯丙氨酸解氨酶基因是否参与缓解植物金属锰毒胁迫的研究尚无明确的报道。
[0004]柱花草(Stylosanthes guianensis)是一种多年生豆科草本植物，原产于拉丁美洲，其可用作家畜饲草，用于果园间作和酸性土壤改良等，是热带和亚热带地区广泛种植的优良豆科牧草。在长期的自然进化和人工选育过程中，柱花草进化出具有较强的适应酸性土壤金属锰和铝毒害的能力，这可能与其体内的基因调控相关，但仍未挖掘到具体的基因。因此，挖掘柱花草适应金属锰毒胁迫的相关基因对培育耐锰毒害的作物新品种具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有仍未有可提高植物对锰毒害耐受能力相关的蛋白或基因的不足，提供一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2及其编码基因和应用。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2。
[0007]本专利技术的第二个目的是提供一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因。
[0008]本专利技术的第三个目的是提供一种重组表达载体。
[0009]本专利技术的第四个目的是提供一种重组工程菌。
[0010]本专利技术的第五个目的是提供所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、所述编码基因、所述重组表达载体或所述重组工程菌在提高植物对锰毒害耐受能力中的应用。
[0011]本专利技术的第六个目的是提供所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、所述编码基因、所述重组表达载体或所述重组工程菌在制备耐锰毒害的转基因植物中的应用。
[0012]本专利技术的第七个目的是提供所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、所述编码基因、
所述重组表达载体或所述重组工程菌在降低植物锰积累中的应用。
[0013]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0014]本专利技术提供了一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0015]本专利技术还提供了所述苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因。
[0016]具体地，所述编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，长2076bp。
[0017]本专利技术还提供了SEQ ID NO.1所示柱花草苯丙氨酸解氨酶基因SgPAL2的克隆引物，其中，上游引物的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示，下游引物序列如SEQ ID NO.4所示。
[0018]本专利技术还提供了SEQ ID NO.1所示柱花草苯丙氨酸解氨酶基因SgPAL2的克隆方法，即以柱花草的cDNA为模板，用SEQ ID NO.3和4所示引物进行扩增。
[0019]本专利技术还提供了一种重组表达载体，其含有本专利技术所述苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因。
[0020]具体地，所述表达载体为超量表达载体。
[0021]更具体地，所述超量表达载体为pTF101s。
[0022]本专利技术还提供了一种重组工程菌，其含有本专利技术所述重组表达载体。
[0023]具体地，所述工程菌为大肠杆菌Trans1‑
T或农杆菌感受态细胞GV3101。
[0024]本专利技术通过转基因技术在植物中超量表达SEQ ID NO.1所示柱花草苯丙氨酸解氨酶基因SgPAL2发现，超量表达SgPAL2的转基因植株较野生型，其对锰毒害的耐受能力明显增强，并证实了该基因是通过减少植株中锰的积累而增强其对锰毒害的耐受性。
[0025]因此，本专利技术申请保所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因、所述重组表达载体或所述重组工程菌在提高植物对锰毒害耐受能力中的应用。
[0026]具体地，所述提高植物对锰毒害耐受能力是通过在植物中表达柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2实现的。
[0027]本专利技术还申请保护所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因、所述重组表达载体或所述重组工程菌在制备耐锰毒害的转基因植物中的应用。
[0028]本专利技术还申请保护所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因、所述重组表达载体或所述重组工程菌在降低植物锰积累中的应用。
[0029]具体地，所述植物为双子叶植物。
[0030]更具体地，所述双子叶植物为柱花草或拟南芥。
[0031]本专利技术具有以下有益效果：
[0032]本专利技术在柱花草中克隆到了一个表达水平与柱花草对锰毒害响应过程高度吻合的苯丙氨酸解氨酶基因SgPAL2，并通过转基因拟南芥表达体系，证明了SgPAL2的表达能够促进转基因拟南芥对锰毒害的耐受能力，同时证明了该基因的作用机制是通过减少植株中锰的积累，从而提高植物对锰毒害的耐受能力，因此可将其用于制备耐锰毒害的转基因植物。本专利技术不仅丰富了植物耐锰毒害的基因库，还有助于耐锰毒害的作物品种的培育。
附图说明
[0033]图1为不同金属和不同浓度的锰处理对柱花草地上部中SgPAL2基因表达的影响结果；其中，图A为不同金属处理对SgPAL2基因的表达的影响结果；图B为不同浓度的锰处理对SgPAL2基因的表达的影响结果；图中数据为3个重复的平均值和标准误差，*号表示处理与对照之间差异显著，P<0.05。
[0034]图2为SgPAL2基因的亚细胞定位结果；图中第一列为GFP荧光信号，第二列为叶绿体自发荧光信号，第三列为明场，第四列为GFP与叶绿体自发荧光信号的融合结果，图中标尺为20μm。
[0035]图3为超量表达SgPAL2基因对拟南芥锰毒害耐受性的影响结果；其中，图A为超量表达拟南芥株系和野生型拟南芥在不同浓度的锰处理条件下的表型分析结果，0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2，其特征在于，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。2.权利要求1所述苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因。3.根据权利要求2所述编码基因，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。4.一种重组表达载体，其特征在于，含有权利要求2或3所述苯丙氨酸解氨酶SgPAL2的编码基因。5.一种重组工程菌，其特征在于，含有权利要求4所述重组表达载体。6.权利要求1所述柱花草苯丙氨酸解氨酶SgPAL2、权利要求2或3所述编码基因、权利要求4所述重组表达载体或权利要求5所述重组工程菌在提高植物对锰毒害耐受...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志坚，李季肤，邹晓燕，李欣勇，董荣书，刘国道，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，
类型：发明
国别省市：