一种改良植物性状的方法技术

本发明专利技术涉及一种改良植物性状的方法，首次揭示一种以提高植物的光能利用效率为目的的改良植物的新方法，所述方法通过在植物中表达光能吸收和传递蛋白(Light?Energy?Absorption?and?Transduction?protein，LEAT蛋白)，利用吸收的光能与植物体内相关的甲基醌衍生物，例如质体醌，发生相互作用、催化水的裂解并释放氧气，从而提高植物光利用效率。本发明专利技术的方法可有效拓展植物对光能的利用，提高光合效率及产量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物
；更具体地，本专利技术涉及。
技术介绍
光合作用是地球上最重要的化学反应，植物通过光合作用将光转化为可为人类直接利用的稳定的化学能形式，并提供了人类生存所需的氧气和食物。然而就植物对太阳光能的利用效率而言，从整个生长季来计算，田间作物所能够利用的光能低于整个生长季作物接受的地球表面太阳光能量的1%。植物对光的利用主要取决于以下几个方面:首先是植物对光的捕获。对高等植物而言，叶片的光能捕获效率一般可以达到80%以上；其中植物的叶绿素a和b主要吸收可见光中的红光和蓝光部分用于光合作用，光合辅助色素类胡萝卜素，主要吸收可见光中的蓝光和近紫外部分；而绿光和黄光等则被部分反射或透过而不能被充分利用。其次，日光中紫外线部分(260-400nm)过多对植物细胞产生毒害作用，例如，过多紫外线对植物细胞的膜系统和植物光合机构的功能产生破坏。第三，光能利用效率取决于植物对捕获光能的转换效率，即光能转化效率。光能转化效率不仅取决于叶绿体类囊体膜上进行的光反应，还受叶绿体基质中进行的暗反应及光呼吸的影响。因此，与这几方面相关的因素都会影响植物叶片对光的利用效率，例如植物光系统的保护机制或光修复能力；高等植物叶片内可利用的CO2浓度，它受到气孔开关的控制，而气孔开关又受气孔保卫细胞中的叶绿体捕获可用于光合同化能量的能力驱动。在当今全球人口增加、粮食危机、能源危机的背景下，发现提高植物的光利用效率的新途径具有重要的意义。在一般条件下阳光与光合作用所需要的原料水和二氧化碳并不缺乏，可是由于种种内外原因，植物利用太阳能的效率很低，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5-2.5%，整个生物圈的平均转化率可达3-5%。在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8-15%。因此，如何提高光能利用率是未来进一步提高能源生物产量的重大突破口。多年来，人们尝试各种手段提高植物光合作用效率，主要的策略包括降低光呼吸损失，增加植物Rubisco羧化与氧化反应比值，改造C3植物成为C4植物等等。这些策略都是集中于改良影响植物光合效率的某个方面。目前尚无一种途径被完全证实可以有效提高植物光能利用效率。鉴于光合机构运转模式在各种植物间非常保守，一旦一种提高光能利用效率的途径得到充分验证，其巨大潜力可以在不同植物中得到应用。因此，本领域迫切需要研究和开发提高植物光利用效率的新方法，以培育出光能利用效率高的植物，提高植物的产量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。在本专利技术的第一方面， 提供，包括以下步骤:1)将一种或多种编码光能吸收和传递蛋白(LEAT蛋白)的多核苷酸转化入植物；2)从转化后的植物中选择出相较对照植物而言性状获得改良的植物；上述光能吸收和传递蛋白是能够利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌的还原的蛋白。在一个优选例中，所述的编码光能吸收和传递蛋白的多核苷酸选自下组:(a)编码荧光蛋白或其经一个或多个(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸位点突变后荧光强弱或荧光发射光谱发生变化的，但依然能够利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌的还原的突变体蛋白的多核苷酸；或(b)编码非荧光生色蛋白(non-fluorescent chromoprotein)或其经一个或多个(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸位点突变后但依然能够利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌的还原的突变体蛋白的多核苷酸。在另 一优选例中，所述的编码荧光蛋白或其经一个或多个(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸位点突变后荧光强弱或荧光发射光谱发生变化的，但依然能够利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌的还原的突变体蛋白的多核苷酸选自下组:(a)编码SEQ ID NO:4所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(b)编码SEQ ID NO: 10所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(c)编码SEQ ID NO:36所示氨基酸序列的蛋白(efasCFP)的多核苷酸；(d)编码SEQ ID NO:6所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(e)编码SEQ ID NO:28所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(f)编码SEQ ID NO:40所示氨基酸序列的蛋白(scubGFP)的多核苷酸；(g)编码SEQ ID N0:44所示氨基酸序列的蛋白(rmueGFP)的多核苷酸；(h)编码SEQ ID NO:52所示氨基酸序列的蛋白(cpGFP)的多核苷酸；(i)编码SEQ ID NO:8所示氨基酸序列的蛋白(YFP)的多核苷酸；(j)编码SEQ ID NO: 12所示氨基酸序列的蛋白(YFPmu2)的多核苷酸；(k)编码SEQ ID NO: 14所示氨基酸序列的蛋白(YFPmu4)的多核苷酸；(I)编码SEQ ID NO: 16所示氨基酸序列的蛋白(YFPmu7)的多核苷酸；(m)编码SEQ ID NO: 18所示氨基酸序列的蛋白(YFPl232h)的多核苷酸；(η)编码SEQ ID NO:20所示氨基酸序列的蛋白(YFPl232q)的多核苷酸；(ο)编码SEQ ID NO:50所示氨基酸序列的蛋白(phiYFP)的多核苷酸；(P)编码SEQ ID N0:2所示氨基酸序列的蛋白(mCherry)的多核苷酸；(q)编码SEQ ID NO:22所示氨基酸序列的蛋白(mCherrymu3)的多核苷酸；(r)编码SEQ ID NO:24所示氨基酸序列的蛋白(mCherrymu4)的多核苷酸；(s)编码SEQ ID NO:26所示氨基酸序列的蛋白(mCherrymu5)的多核苷酸；(t)编码SEQ ID NO:30所示氨基酸序列的蛋白(eqFP611)的多核苷酸；(u)编码SEQ ID NO:34所示氨基酸序列的蛋白(eforCP/RFP)的多核苷酸；(V)编码SEQ ID NO:42所示氨基酸序列的蛋白(rf1RFP)的多核苷酸；(w)编码SEQ ID N0:46所示氨基酸序列的蛋白(ceriantRFP)的多核苷酸；(x)编码SEQ ID NO:32所示氨基酸序列的蛋白(hcriCP)的多核苷酸；(y)编码SEQ ID N0:48所示氨基酸序列的蛋白(anm2CP)的多核苷酸；(z)编码SEQ ID NO:62所示氨基酸序列的蛋白(YFP1^1)的多核苷酸；(aa)编码SEQ ID N0:64所示氨基酸序列的蛋白(GFP1.)的多核苷酸；(ab)编码(a)至(aa)任一所示氨基酸序列经过一个或多个(如1_30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且能够利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌的还原的蛋白的多核苷酸；(ac)编码与(a)至(aa)任一氨基酸序列的蛋白的序列同源性高于70% (更佳地高于80% ;更佳地高于90% ;更佳地高于95% ;更佳地高于98% ;更佳地高于99%)，且能够利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌的还原的蛋白的多核苷酸；或(ad)与上述(a)-(ac)任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改良植物性状的方法，包括以下步骤：?1）将一种或多种编码光能吸收和传递蛋白的多核苷酸转化入植物；?2）从转化后的植物中选择出相较对照植物而言性状获得改良的植物；?上述光能吸收和传递蛋白是能够利用光能催化水的裂解和2,3,5?三甲基?1,4?对苯醌的还原的蛋白。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡伟明，孙卫宁，陈根云，朱新广，米华玲，陈海莹，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：