本发明专利技术公开了一种MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫和核黄素合中的应用，包括：步骤一，通过减少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表达，获得植物突变体；MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列为序列1和序列2；步骤二，观察植物突变体核黄素生物合成过程中的关键酶基因在缺铁下的表达及作用；步骤三，植物突变体内核黄素的积累增多，对低铁胁迫的耐逆性增强；MtCIPK12基因突变体材料具有更强的耐低铁能力，即表现更低的叶片黄化，更高的叶片和根部生物量、铁含量，更高的核黄素积累量，证明MtCIPK12基因突变可提高植物抗的抗低铁胁迫能力，提高植物的核黄素含量。含量。含量。
【技术实现步骤摘要】
MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫和核黄素合成中的应用
[0001]本专利技术涉及生物
，尤其涉及MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫和核黄素合成中的应用。
技术介绍
[0002]铁(Fe)是人类必需的矿物质，食用富含铁的植物或动物性食品是人类获取铁的主要方式。另一方面，铁也是植物生长发育过程中必需的微量营养元素，在光合作用、呼吸作用等多种生理过程中发挥关键作用(Hsieh&WMters,2016)。作为地壳中第四丰富的元素，在土壤中，尤其是在中性和碱性土壤中，铁主要以不溶性的Fe
3+
形式存在，有效铁的缺乏已经成为限制植物生长的主要因素之一(Wu H&Ling H Q,2019)。
[0003]经过长期进化，植物逐渐形成了响应低铁胁迫的不同铁吸收机制，主要包括双子叶植物和非禾本科单子叶植物采用的策略I和禾本科单子叶植物采用的策略II(Romheld&Marschner,1986)。在策略I植物中，铁的获取是基于一种还原机制实现，这种机制的特点是通过根细胞中的铁还原酶将Fe
3+
还原为Fe
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，随后通过Fe
2+
转运蛋白吸收Fe
2+
(Santi&Schmidt,2009)。策略I植物还可通过积累和分泌酚类、有机酸、类黄酮及核黄素等化合物，促进铁的获取，以响应铁胁迫(Jinet al.,2007；Cesco et al.,2010)。策略II植物，可以在根际分泌植物铁载体(PS)，PS
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Fe
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复合物经特定的转运蛋白转入根表皮细胞，最终促进有效铁的获取(Zhang et al.,2019)。
[0004]核黄素，即维生素B2，是B族维生素的一种，为体内黄酶类辅基的组成部分(黄酶在生物氧化还原中发挥递氢作用)，是人类及动物所必需的一类维生素。核黄素缺乏会影响机体的生物氧化过程，使代谢发生障碍。在植物中，核黄素主要以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)的形式作为辅助因子参与氧化还原反应，从而在多种生理代谢过程发挥作用。研究表明植物可以合成核黄素，但不同植物和不同组织中核黄素的含量相差很大。同时，核黄素可以与植物中的多种多糖结合形成糖基化核黄素。植物体内核黄素的重新分配和调节环境胁迫反应可能存在一种机制(宋韬，南京农业大学,2007)。其病变多表现为口、眼和外生殖器部位的炎症，故本品可用于上述疾病的防治。体内维生素B2的储存是很有限的，因此每天都要由饮食提供。
[0005]苜蓿被称为牧草之王，具有蛋白含量高的优良特性。我国苜蓿主要种植在内蒙古、新疆甘肃、黑龙江等地区，这些地区土壤多为中性或碱性，植物可利用的铁元素较少，严重影响着苜蓿的产量和品质。
技术实现思路
[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种通过促进核黄素合成来提高植物耐低铁能力的MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用，包括下述步骤：
[0008]步骤一，制作野生型植物的突变体，通过减少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表达，获得植物突变体；
[0009]所述MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列为序列表中序列1和序列2；
[0010]步骤二，观察植物突变体核黄素生物合成过程中的关键酶基因在缺铁下的表达及作用，具体酶如下：GTP环化水解酶II(GTPcII)和2,4
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二氧四氢嘧啶合成酶(LS)及核黄素合酶(RS)；
[0011]步骤三，所述植物突变体内核黄素的积累增多，所述植物突变体对低铁胁迫的耐逆性增强。
[0012]作为一种优选的技术方案，在所述步骤一中，将TNT1序列插入野生型植物的基因组中，得到植物突变体，根据MtCIPK12基因序列和TNT1序列，使用三重PCR筛选获得纯合cipk12突变体。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述野生型植物为双子叶植物。
[0014]作为一种优选的技术方案，所述低铁为培养基质中所含的铁离子浓度不高于100μM。
[0015]由于采用了上述技术方案，MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用，包括下述步骤：步骤一，制作野生型植物的突变体，通过减少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表达，获得植物突变体；所述MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列为序列表中序列1和序列2；步骤二，观察植物突变体核黄素生物合成过程中的关键酶基因在缺铁下的表达及作用，具体酶如下：GTP环化水解酶II(GTPcII)和2,4
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二氧四氢嘧啶合成酶(LS)及核黄素合酶(RS)；步骤三，所述植物突变体内核黄素的积累增多，所述植物突变体对低铁胁迫的耐逆性增强；通过对MtCIPK12基因突变体材料cipk12
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1(NF11558)和cipk12
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2(NF7022)与野生型苜蓿蒺藜R108进行比较研究，发现MtCIPK12基因突变体材料NF11558和NF7022材料具有更强的耐低铁能力，即表现更低的叶片黄化，更高的叶片和根部生物量、铁含量，更高的核黄素积累量，证明MtCIPK12基因突变可提高植物抗的抗低铁胁迫能力，提高植物的核黄素含量。
[0016]上述基因突变植物的抗低铁胁迫能力大于所述野生型植物体现在如下1)
‑
4)中的至少一种：
[0017]1)在低铁胁迫下，所述基因突变体植物的叶和根生物量高于所述野生型植物；
[0018]2)在低铁胁迫下，所述基因突变体植物的叶绿素含量高于所述野生型植物；
[0019]3)在低铁胁迫下，所述基因突变体植物的铁含量高于所述野生型植物；
[0020]4)在低铁胁迫下，所述基因突变体植物的根系三价铁还原能力高于所述野生型植物。
[0021]本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种能够促进核黄素合成的MtCIPK12基因在调控植物核黄素合成中的应用。
[0022]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：MtCIPK12基因在调控植物核黄素合成中的应用，包括下述步骤：
[0023]步骤一，制作野生型植物的突变体，通过减少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表达，获得植物突变体；
[0024]所述MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列为序列表中序列1和序列2；
[0025]步骤二，观察植物突变体核黄素生物合成过程中的关键酶基因的表达及作用，具体酶如下：GTP环化水解酶II(GTPcII)和2,4
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二氧四氢嘧啶合成酶(LS)及核黄素合酶(RS)；
[0026]步骤三，所述植物突变体内核黄素的积本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，制作野生型植物的突变体，通过减少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表达，获得植物突变体；所述MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列为序列表中序列1和序列2；步骤二，观察植物突变体核黄素生物合成过程中的关键酶基因在缺铁下的表达及作用，具体酶如下：GTP环化水解酶II(GTPcII)和2,4
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二氧四氢嘧啶合成酶(LS)及核黄素合酶(RS)；步骤三，所述植物突变体内核黄素的积累增多，所述植物突变体对低铁胁迫的耐逆性增强。2.如权利要求1所述的MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用，其特征在于，在所述步骤一中，将TNT1序列插入野生型植物的基因组中，得到植物突变体，根据MtCIPK12基因序列和TNT1序列，使用三重PCR筛选获得纯合cipk12突变体。3.如权利要求1所述的MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用，其特征在于，所述野生型植物为双子叶植物。4.如权利要求1所述的MtCIPK12基因在调控植物耐低铁胁迫中的应用，其特征在于，所述低...
【专利技术属性】
技术研发人员：王天佐，张文浩，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：
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