CN101374952B - 海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途 - Google Patents

海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途 Download PDF

Info

Publication number
CN101374952B
CN101374952B CN2007800034646A CN200780003464A CN101374952B CN 101374952 B CN101374952 B CN 101374952B CN 2007800034646 A CN2007800034646 A CN 2007800034646A CN 200780003464 A CN200780003464 A CN 200780003464A CN 101374952 B CN101374952 B CN 101374952B
Authority
CN
China
Prior art keywords
trehalose
plant
tps
gene
strain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800034646A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101374952A (zh
Inventor
B·莱曼
M·拉蒙
F·罗兰
J·特福莱恩
P·范迪亚克
L·范德斯蒂恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vlaams Interuniv Inst Biotech
Katholieke Universiteit Leuven
Original Assignee
Vlaams Interuniv Inst Biotech
Katholieke Universiteit Leuven
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vlaams Interuniv Inst Biotech, Katholieke Universiteit Leuven filed Critical Vlaams Interuniv Inst Biotech
Priority claimed from PCT/EP2007/000736 external-priority patent/WO2007085483A1/en
Publication of CN101374952A publication Critical patent/CN101374952A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101374952B publication Critical patent/CN101374952B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8242Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
    • C12N15/8243Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine
    • C12N15/8245Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with non-agronomic quality (output) traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits involving biosynthetic or metabolic pathways, i.e. metabolic engineering, e.g. nicotine, caffeine involving modified carbohydrate or sugar alcohol metabolism, e.g. starch biosynthesis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/1048Glycosyltransferases (2.4)
    • C12N9/1051Hexosyltransferases (2.4.1)

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途。更具体地,本发明涉及包含合酶样和磷酸酶样部分的II类海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途。优选地,下调海藻糖-6-磷酸合酶的活性以获得增加的植物生物量产量。

Description

海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途
本发明涉及植物II类海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途。更具体地,本发明涉及包含合酶样和磷酸酶样部分的II类海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途。优选地,下调II类海藻糖-6-磷酸合酶的活性以获得增加的植物生物量产量。
海藻糖是一种广泛分布的二糖,存在于细菌、真菌、昆虫和植物中。在微生物中,海藻糖累积通常与胁迫抗性有关,不仅仅与干燥和渗透胁迫抗性有关。然而在植物中,除了一些更苏植物例如鳞叶卷柏(Selaginellalepidophylla)之外,不是很清楚海藻糖的作用。
在大多数情况下,海藻糖合成为两步过程,其中海藻糖-6-磷酸合酶(TPS)合成海藻糖-6-磷酸(T6P),然后经T6P磷酸酶(TPP)去磷酸化生成海藻糖。虽然在大多数植物中几乎检测不到海藻糖,但在例如拟南芥中存在多个TPS和TPP基因的同源物(Vogel et al.,2001;Leyman et al.,2001;Eastmond et al.,2003)。在以异源海藻糖生物合成基因转化的转基因植物发生的海藻糖累积导致非生物性胁迫耐性的改善(Garg et al.,2002;Jang et al.,2003)。然而,在大多数植物中尽管存在多个海藻糖生物合成基因却没有显著的海藻糖累积,支持了基因产物的调控作用,而不支持海藻糖作为胁迫保护剂的作用。实际上,一些作者提出在糖代谢(Eastmond et al.,2003)和淀粉合成(Kolbe et al.,2005)中TPS(Avonce et al.,2004)及其基因产物T6P的调控作用。T6P对碳水化合物利用和生长而言是必不可少的(Schluepmann et al.,2003),但是T6P的累积似乎引起幼苗的生长抑制(Schluepmann et al.,2004)。现有的数据有时是相矛盾的,并且仍远不清楚海藻糖生物合成基因的作用。这些出版物中没有一个与植物TPS可能的作用相联系,尤其是植物生长和产量中的II类植物TPS。
EP0901527公开了通过改变T6P的水平对植物代谢的调节。更具体地,他们宣称通过增加海藻糖-6-磷酸的细胞内有效性可增加植物的产量。然而,相当矛盾的,他们也宣称通过降低海藻糖-6-磷酸的细胞内有效性可刺激植物细胞或组织的生长。此外,如最近的文献所显示,这表明T6P平衡是十分微妙的并且决不是简单的。发明人通过在植物中表达异源TPS和TPP基因实现对T6P含量的调节。尽管该专利提及可通过上调或者下调内源基因获得相似的结果,人们将预料到,由于植物基因的巨大数量,这些基因中的一个基因的缺失或者过表达对T6P浓度即使有影响也仅具有有限的影响。这对于同时存在合酶样结构域和磷酸酶样结构域的II类TPS基因来说是尤其正确的。如果两个结构域都有活性,最终产品将是海藻糖而不是T6P。此外,对于至少两个拟南芥II类TPS基因,AtTPS7和AtTPS8,没有检测到合酶或者磷酸酶活性(Vogel et al.,2001;Eastmond et al.,2003),暗示对这些基因的操纵完全不会影响植物的T6P含量。
令人惊讶地,本发明人发现植物II类TPS可用于调节植物生长和生物量产量。实际上,与基于文献所预期的相反,植物TPS活性失活导致增强的茎和根生长以及增加的植物生物量。
本发明的第一个方面是植物II类TPS用于调节植物生长的用途。本申请所使用的术语“植物”包括全植物,该植物的祖先和后代及植物部分(包括种子、枝条、茎、叶、根(包括块茎)、花及组织和器官),其中上述每一个都包含感兴趣的基因/核酸。术语“植物”也包括植物细胞、悬浮培养物、愈伤组织、胚、分生组织区、配子体、孢子体、花粉和小孢子,同样其中上述每一个都包含感兴趣的基因/核酸。在本发明的方法中尤其有用的植物包括所有属于绿色植物界(Viridiplantae)超家族的植物,尤其是单子叶和双子叶植物。作为非限制性的实例,其可以是用于食物或饲料的农作物,其中根、叶、茎或种子生物量的增加增加了农作物产量。或者,农作物可以用于观赏或工业目的(例如淀粉产生),或者可以用作用于生物燃料生产的原材料。已知的用于生物燃料的农作物为本领域技术人员已知并且包括但不限于粮食作物(例如玉米、大豆、亚麻仁、油菜籽、甘蔗)、经济作物(例如大麻和柳枝稷(switchgrass)和木本生物质(例如杨树和柳树)。
这里所使用的TPS指与海藻糖-6-磷酸家族其他成员结构同源的基因和蛋白质,但是不意味着该蛋白质具有有效的海藻糖-6-磷酸合成活性。优选地,所述TPS具有与糖基转移酶20(pfam00982.12)同源的结构域。术语“结构域”指根据进化相关蛋白的序列比对在特异性的位点保守的一组氨基酸。虽然其他位置的氨基酸可在同源物间变化,在特异性位点高度保守的氨基酸指示在蛋白质的结构、稳定性或活性中可能是必需的氨基酸。通过一组蛋白质同源物的比对序列中的高度保守性的鉴定,它们可用作标识以确定是否某一讨论的多肽属于先前鉴定的多肽家族。作为非限制性的实例,由于其结构,本申请所使用的TPS可以具有T6P磷酸酶活性,或者具有合酶和磷酸酶的组合活性。如本申请提及的那样,TPS的用途包括基因的用途、蛋白质的用途、以及增加或降低蛋白质活性的化合物的用途。作为非限制性的实例,降低TPS活性的化合物可以是失活的TPS抗体。
优选地,根据在拟南芥中的分类,所述TPS是I1类TPS。II类TPS包括海藻糖-6-磷酸合酶样结构域及海藻糖-6-磷酸磷酸酶样结构域(Leyman et al.,2001;Vogel et al。2001);优选地,所述II类TPS包含海藻糖-6-磷酸合酶样结构域以及包含具有序列LDYD(G/D)T的磷酸酶盒和/或具有序列GDD(R/Q)SD的磷酸酶盒的海藻糖-6-磷酸磷酸酶样结构域;更优选地,所述II类TPS包含海藻糖-6-磷酸合酶样结构域以及包含至少一个,优选两个如Leyman etal.,(2001)描述的磷酸酶盒的海藻糖-6-磷酸磷酸酶样结构域。甚至更优选地,所述TPS选自SEQ ID NO.:1-15(AtTPS5-11、水稻直系同源物、杨树直系同源物),或其同源物、直系同源物或旁系同源物。蛋白质的“同源物”包括相对于所讨论的未修饰蛋白质具有氨基酸取代、缺失和/或插入并且具有与自其衍生的未修饰蛋白质相似的生物学和功能活性的肽、寡肽、多肽、蛋白质和酶。缺失指从蛋白质除去一或多个氨基酸。插入指在蛋白质中的预定位点导入一或多个氨基酸残基。插入可以包含N末端和/或C末端融合以及单个或者多个氨基酸的内部序列插入。取代指蛋白质的氨基酸用具有相似性质(例如相似的疏水性、亲水性、抗原性、形成或断裂α-螺旋结构或者β-折叠结构的倾向)的其他氨基酸替换。典型地,氨基酸取代是单个残基的取代,但根据多肽上的功能限制可成簇取代;插入通常是约1到10个氨基酸残基的顺序的插入。氨基酸取代优选保守氨基酸取代。保守取代表为本领域所熟知。
“直系同源物”和“旁系同源物”包括惯于描述基因的祖先关系的进化的概念。旁系同源物是相同物种内的基因,其起源于祖先基因的复制;直系同源物是来自不同生物体的基因,其起源于物种形成。可通过进行所谓的重复blast搜索(reciprocal blast search)容易地发现直系同源物和旁系同源物。典型地,这包括涉及利用BLASTP或TBLASTN(使用标准缺省值),以SEQ ID NO.:1或SEQ ID NO.:4作为查询序列进行BLAST的第一次BLAST。BLAST结果可任选地被过滤。然后,将过滤结果或非过滤结果的全长序列与来自查询序列衍生的生物体的序列再进行BLAST(第二次BLAST)(其中查询序列对应于AtTPS8或AtTPS5,第二次BLAST因此与拟南芥序列对比)。然后比较第一次和第二次BLAST的结果。如果来自第一次BLAST的高等级命中来自与衍生查询序列的物种相同的物种,然后反向BLAST理想地在最高命中当中找到查询序列,则鉴定为旁系同源物;如果第一次BLAST中的高等级命中不是来自与衍生查询序列的物种相同的物种,并且优选反向BLAST在最高命中当中找到查询序列,则鉴定为直系同源物。高等级命中的具有低E-值。E-值越低,得分越重要(或者换句话说偶然发现该命中的机会越低)。在本领域中已周知E-值的计算方法。除E-值之外,也通过百分比相同性对比较进行评分。百分比相同性指两条相比较的多肽序列间在特定长度上相同氨基酸的数目。在大家族的情况下,可使用ClustalW,继之以邻位相连进化树(neighbour joining tree),以帮助显现相关基因的聚类并鉴定直系同源物和旁系同源物。
或者,可通过对海藻糖合酶结构域和对磷酸酶结构域之一进行结构域搜索鉴定同源物、直系同源物和旁系同源物。然后,利用b12seq将全长的蛋白质序列与SEQ ID NO.:4相比较(Tatusova and Madden,1999)。利用这一比对,直系同源物或旁系同源物具有最少50%的相同性,优选55%的相同性,更优选60%的相同性。作为非限制性的实例,AtTPS8直系同源物存在于水稻(Oryza sativa)(Genpept登录号ABF94728、BAF06162和BAF11342)、甘蓝(Brassica oleracea)(Genpepts登录号ABD65165)、苜蓿(Medicago trunculata)(Genpept登录号ABE86430)、小花杓兰(Cypripedium parvifiorum)(Genpept登录号AAN86570)及Ginlo biloba(genbank登录号AAX16015)中。
在一个优选的实施方式中,所述TPS是AtTPS8(SEQ ID NO.:4)。在另一个优选的实施方式中,所述TPS是AtTPS5(SEQ ID NO.:1)。
优选地,所述用途是TPS活性的失活,所述调节是增加植物生物量和/或植物产量。失活TPS活性的方法是本领域技术人员己知的,其包括但不限于敲除基因、RNAi的使用、基因沉默、TPS启动子的敲除、TPS启动子或编码区中的失活突变、或通过植物合成抗TPS的灭活性抗体。优选地,通过增加的根生长、增加的茎粗、增加的叶数目和/或增加的种子大小实现植物生物量和/或植物产量的增加。一个优选的实施方式是TPS调节植物生长的用途,其中所述调节是在无光照时获得的。术语“产量”通常意指可测量的经济价值产出,典型地与特定的农作物、面积以及时期相关。单独的植物部分基于它们的数量、大小和/或重量直接促进产量,或实际产量是农作物每年每英亩的产量,其通过总产量(包括收获和评估产量)除以种植英亩数确定。术语“增加”、“改善”或“增强”可以互换,且在本申请中意指与本申请所定义的对照植物相比,多出至少5%、6%、7%、8%、9%或10%,优选至少15%或20%,更优选25%、30%、35%或40%的产量和/或生长。增加的种子产量可以用以下一或多项表征:a)种子生物量(总的种子重量)的增加,其可以是基于个体种子和/或每株植物和/或每公顷或英亩的种子生物量的增加;b)每株植物增加的花的数目;c)增加的(充实的)种子数;d)增加的种子充实率(充实率表示为充实的种子数除以种子总数的比率);e)增加的收获指数,收获指数表示为可收获部分(例如种子)的产量除以总生物量的比率;和f)增加的千粒重(TKW),千粒重从计数的充实种子数及其总重量推断。增加的TKW可由增加的种子大小和/或种子重量引起,也可由胚和/或胚乳大小的增加引起。
本发明的另一方面是如上定义的植物II类TPS用于调节淀粉合成的用途。优选地,所述用途是TPS活性的失活,所述调节是增加淀粉合成。优选地,根据在拟南芥中的分类,所述TPS是II类TPS。II类TPS包含海藻糖-6-磷酸合酶样结构域以及海藻糖-6-磷酸磷酸酶样结构域(Leyman et al.,2001;Vogel et al.,2001)。甚至更优选地,所述TPS选自SEQ ID NO.:1-15(TPS5-11,水稻直系同源物,杨树直系同源物)。在一个优选的实施方式中,所述TPS是AtTPS8(SEQ ID NO.:4)。在另一个优选的实施方式中,所述TPS是AtTPS5(SEQ ID NO.:1)。
本发明的另一个方面是相对于对照植物改善植物中各种与产量相关的特性的方法,包括在植物中调节II类TPS核酸和/或II类TPS多肽的表达和/或翻译,其中所述调节的表达包括减少或基本上消除(substantial elimination)植物中内源II类TPS基因的表达和/或翻译。作为非限制性的实例,所述减少或基本上消除可通过RNA介导的基因表达沉默、通过共表达、通过反义II类TPS核酸序列的使用、或通过II类TPS核酸的反向重复序列(优选形成发夹结构的反向重复序列)的使用而获得。
本发明的另一个方面是用于生产相对于对照植物具有增加的产量的转基因植物的方法,该方法包括:
(i)在植物中导入并表达一种遗传构建体,所述遗传构建体包含一或多个减少内源II类TPS基因在植物中的表达和/或翻译的控制序列;和
(ii)在促进植物生长和发育的条件下培育该植物、植物部分或植物细胞。
如本申请所使用的控制序列是本领域技术人员己知的影响II类TPS基因的表达和/或翻译的序列,其包括但不限于引起共表达的序列、编码反义RNA的序列和RNAi。
本发明的另一个方面是根据本发明的方法获得的植物,其中由于向植物导入II类TPS控制核酸序列,所述植物具有减少的内源II类TPS基因的表达。如本申请所使用的减少的表达是指与非转化的对照植物相比,在相同的条件下生长,表达基本上减少。本领域技术人员已知测量表达的方法;基本上减少是优选10%,更优选20%,甚至更优选30%的减少。
附图简述
图1:AtTPS8 KO在MS培养基中的根长(有和没有蔗糖、在光照中和在黑暗中)。GT2、GT4和GT6是AtTPS8不同的KO品系。
图2:AtCYCD3和ApL3在AtTPS8 KO背景下的表达水平。
图3:与野生型(WT)植物相比,成体AtTPS8 KO的表型表征。
图4:SALK_144791 AtTPS5表达数据。
图5:SALK_144791品系的根长测量。
图6:与WT(Columbia)相比,SALK_144791 AtTPS5 KO品系在1xMS、1%蔗糖培养基中的表型。
图7:与WT(Columbia)相比,SALK_144791 AtTPS5 KO品系在1xMS、1%蔗糖培养基中的表型:测试无向重力性效应(agravitrophic effect)。
图8:GT12622 AtTPS5的表达数据。
图9:与WT(Landsberg erecta)相比,基因捕获GT12622 AtTPS5 KO品系在1xMS、1%蔗糖培养基中的表型。
图10:与WT(Landsberg erecta)相比,基因捕获GT12622 AtTPS5 KO品系在1xMS、1%蔗糖培养基中的表型:测试无向重力性效应。
实施例
材料与方法
用于AtTPS8的植物材料
用沉默和过表达构建体转化野生型拟南芥植物(Columbia)(参见下文)。另外,从冷泉港实验室Martienssen实验室获得基因捕获品系(GT13138,Landsberg erecta)。为了研究这些植物的表型,获得纯合品系。对种子进行表面消毒;并于垂直定向的培养皿中,在纯化琼脂(Duchefa)固化的1xMurashige和Skoog培养基(Duchefa)中,在有1%蔗糖或没有蔗糖(如附图中标明的)的条件下,在于22℃的12小时的日循环及于18℃的12小时的黑暗中,使种子发芽。发芽后十天,测量植物的根长。生长在黑暗条件下的植物在整个时期都保持在黑暗中。
构建体
为了在拟南芥中沉默AtTPS8(Atlg70290),使用Gateway载体pDONR207和pK7GWIWG2(Karimi et al.,2002)。用含重组位点AttB1和AttB2的两个引物扩增149bp的AtTPS8特异性序列。正向引物:GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGC-TCCGAAGTAACTTCTACCTCC;反向引物:GGGGACCACTTTGTACAAG-AAAGCTGGGTCCCATCTCTAAGTTGTAACTG。将该构建体转化感受态农杆菌细胞(菌株C58C1),并利用浸花法(Clough,2005)转化WT拟南芥植物。在卡那霉素条件下筛选T0代种子并转移至土壤中播种。再次在卡那霉素条件下筛选T1代种子并筛选纯合的T2品系。
使用PCB302植物载体构建AtTPS8过表达构建体。利用如下引物从原生质体cDNA扩增全长的AtTPS8:正向引物,CGGGATCCATGGTGTCAAGATCTTGTGCTAA;反向引物,AAGGCCTAACGATGCTTTCAAATGCAACTT。将该构建体转化农杆菌及如上所述植物。
基因捕获品系
从冷泉港实验室Martienssen实验室获得基因捕获品系(GT13138,Landsberg erecta)。将含有Ds转座因子的pWS32载体转化拟南芥,其被随机插入基因组中,所述载体具有β-葡糖醛酸糖苷酶(GUS)基因作为报道基因及新霉素磷酸转移酶(NPTII)基因作为选择标记。葡糖醛酸糖苷酶测定揭示出插入不同基因的外显子的插入物。然后通过TAIL PCR(Liu et al.,1995)扩增插入位点并进行测序。确认这些序列并根据拟南芥基因组序列进行注释。
用于AtTPS5的植物材料
SALK品系′SALK 144791′(拟南芥,Colombia生态型)可从Alonso/Crosby/Ecker农杆菌T-DNA转化的植物收集圃获得并在NASC/ABRC定购。回收T-DNA侧翼DNA序列,通过美国Salk Institute Genomic analysisLaboratory(SIGnAL)测序,并预测其位于AtTPS5基因(At4g17770)的第一个外显子中。定购的序列索引品系是分离的(segregating)T3品系。利用NTPII标记(卡那霉素抗性)和PCR筛选纯合植物,以下称070(2)品系(正向引物:  5’TCCTGCTTATATCCCACCTGAGC3′和反向引物:5′GCGCCGCTTAAAGAAGGAGAA3′)。利用左侧边界T-DNA引物(Lbal:5′TGGTTCACGTAGTGGGCCATCG3′)获得序列,并且发现该T-DNA位于AtTPS5的cDNA中相对起始密码子的第923位。
基因捕获品系GT12622(拟南芥,Landsbem erecta生态型)从美国冷泉港实验室的Martienssen实验室生产的转座子插入品系的收集圃定购(Sundaresan et al.,1995;Martienssen,1998)。该品系利用解离转座子(Ds)从玉米产生,工程化以携带uidA(β-葡糖醛酸糖苷酶(GUS))报道基因和NPTII(新霉素磷酸转移酶)卡那霉素抗性基因。基因捕获报道基因没有启动子,因此只有当报道基因插入被转录的染色体基因时才发生GUS表达,产生转录融合。这些元件同时监测基因表达并破坏内源基因功能。基因捕获构建体具有多个与GUS基因融合的剪接受体。基于通过TAIL-PCR获得的插入位点的侧翼序列,通过CSHL预测品系GT12622在AtTPS5基因(At4g17770)的第一个外显子的末端携带有唯一的基因捕获可转座DS元件的插入。交付的序列索引品系是F3代种子。利用卡那霉素标记和PCR,获得纯合的AtTPS5敲除品系(F5),以下称品系GT4.1和GT6.2。设计基因特异性引物(正向引物:5′TTGGGCGCGTAGCTTTATAC 3′和反向引物:5′CAAGAAGATATGAAAACAGCCTCA 3′),它们与基因捕获构建体边界引物一起扩增插入位点的特异性侧翼序列。准确的插入位置是AtTPS5 cDNA序列的第1930位(位于第一个外显子中)。
实施例1:TPS8敲除品系在不同生长条件下显示出增强的生长
在酿酒酵母(Sacchanomyces cerevisiae)中,通过海藻糖-6-磷酸合酶(由TPS1编码)和海藻糖-6-磷酸磷酸酶(由TPS2编码)从UDP-葡萄糖和葡萄糖-6-磷酸经两步反应合成海藻糖。在拟南芥基因组中,已经检测到11个TPS样基因。那些基因可分组在两个亚家族中,显示与酵母TPS1(在酵母中编码TPS;I类)或者TPS2(在酵母中编码TPP;II类)最相似(Leyman et al.,2001)。几乎对拟南芥中的TPP样II类基因一无所知。为了研究这些基因的作用,构建敲除品系(KO)、RNAi品系和过表达品系,并按照材料和方法中描述的那样进行研究。
在用纯化琼脂(Duchefa)固化的1x Murashige和Skoog培养基(Duchefa)(MS)(添加或者不添加蔗糖)上对品系进行检测。发芽后10天分析代表性的敲除品系。AtTPS8 KO的结果概括于图1中。KO品系始终显示出独立于生长条件的显著的根长的增加,尽管当培养基中存在蔗糖时该效果略更显著。
实施例2:TPS8失活促进CYCD3和ApL3表达
为了分析增进生长的潜在机制,通过实时PCR对AtTPS8 KO对细胞周期基因AtCYCD3的表达和对淀粉生物合成基因ApL3的影响进行了研究。与野生型(wt)相比,ApL3和AtCYCD3的表达都显著更高。结果显示于图2中。尤其,ApL3结果是出乎意外的,如Kolbe et al.,(2005)近期已表明的那样T6P诱导淀粉合成,而人们宁可希望T6P在AtTPS8 KO中的浓度更低。
实施例3:TPS8失活导致更高的生物量和更大的植物
将野生型和AtTPS8 KO幼苗种植入土壤中,并生长30天,以比较成体植物的表型。成体AtTPS8 KO的幼苗在土壤中生长较快,它们具有更多但更小的莲座叶,并且花序茎是野生型的两倍粗。KO具有大约野生型的两倍之多的长角果。KO的茎生叶更大并且看起来更像莲座叶(图3)。这导致植物更高的种子产量和更高的总生物量产量。
实施例4:TPS5失活促进根生长
为了检测AtTPS5在纯合SALK_144791品系中的表达,从品系070(2)的50株幼苗分离RNA。cDNA的RT-PCR实验(正向引物:5′GCACTCCTCAACGCTGATTT 3’和反向引物:5’AAGCCCTATGGTTCCACGTT 3’)证明AtTPS5表达的显著下调(图4)。为了对表型进行表征,对品系070(2)的种子进行湿法消毒(damp-sterilized)(100ml漂白剂+3ml 37%的HCL)4-6小时,并于4℃在恒定光照下吸胀/成层两天。两天后,将种子置于灭菌的植株培养基平板上(1x MS培养基pH5.7(KOH),1%蔗糖),并在生长箱中进行垂直培养(利用12小时-12小时的光照-黑暗周期,70 microE,白天22℃,夜间18℃)。出芽7天后,测量18株幼苗的根长。SALK品系显示根长显著增加(图5)。这一结果在第二次实验中得到确认,给出芽13天后的幼苗照相(参见图6)。幼苗看起来具有略长的根。然而,这需要确认。将一些平板翻转90℃以检查可能的向重力性效应。4天后,没有检测到无向重力性效应(图7)。
实施例4:基因捕获TPS5失活促进根和下胚轴生长
为了检测AtTPS5在纯合TPS5基因捕获品系中的表达,从两个GT敲除品系的50株幼苗分离RNA。RT-PCR(正向引物:5′GCACTCCTCAACGCTGATTT 3′和反向引物:5′AAGCCCTATGGTTCCACGTT 3′)证明AtTPS5表达的显著下调(图8)。对种子进行湿法消毒(100ml漂白剂+3ml 37%的HCL)4-6小时,并于4℃在恒定光照下吸胀/成层两天。两天后,将种子置于灭菌的植株培养基平板上(1x MS培养基pH5.7(KOH),1%蔗糖),并在生长箱中进行垂直培养(利用12小时-12小时的光照-黑暗周期,70 microE,白天22℃,夜间18℃)。出芽十天后,给幼苗照相(图9)。幼苗看起来具有显著更长的根和更长的胚轴。翻转所述平板90℃几天后,与在Columbia中所观测到的相反,幼苗显示出无向重力性效应(图10)。
参考文献:
-Avonce,N.,Leyman,D.,Mascorro-Gallardo,J.O.,Van Dijck,P.,Thevelein,J.M.and Iturriaga,G(2004).The Arabidopsis trehalose-6-Psynthase AtTPS1 gene is a regulator of glucose,abscisic acid and stresssignaling.Plant Physiol.136,3649-3659.
-Eastmond,P.J.,Li,Y.and Graham,I.A.(2003).Is trehalose-6-phosphate aregulator of sugar metabolism in plants?J.Exp.Bot.54,533-537.
-Garg,A.K.,Kim,J.K.,Owens,T.G,Ranwala,A.P.,Choi,Y.D.,Kochian,L.V.and Wu,R.J.(2002)Trehalose accumulation in rice plants confershigh tolerance levels to different abiotic stresses.
-Jang,I.C.,Oh,S.J.,Seo,J.S.,Choi,W.B.,Song,S.I.,Kim,C.H.,Kim,Y.S.,Seo,H.S.,Choi,Y.D.,Nahm,B.H.and Kim,J.K.(2003).Expressionof bifunctional fusion of the Escherichia coli genes fortrehalose-6-phosphate synthase and trehalose-6-phosphate phosphatase intransgenic rice plants increase trehalose accumulation and abiotic stresstolerance without stunting frowth.Plant Physiol.131,516-524.
-Kolbe,1.,Tiessen,A.,Schluepmann,H.,Paul,M.,Ulrich,S.AndGiegenberger,E(2005).Trehalose-6-phosphate regulates starch synthesisvia posttranslational redox activation of ADP-glucoSe Pyrophosphorylase.Proc.Nat.Acad.Sci.USA 102,11118-11123.
-Leyman,B.Van Dijck,P.and Thevelein,J.M.(2001).An unexpectedplethora of trehalose biosynthesis genes in Arabidopsis thaliana.TrendsPlant Sci.6,510-513.
-Schluepmann,H.,Pellny,T.,van Dijken,A.Smeekens,S.and Paul,M.(2003)Trehalose-6-phosphate is indispensable for carbohydrate utilizationand growth in Arabidopsis thaliaba.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100,6849-6854.
-Schluepmann,H.,van Dijken,A.,Aghdasi,M.,Wobbes,B.,Paul,M.andSmeekens,S.(2004)Trehalose mediated growth inhibition of Arabidopsisseedlings is due to trehalose-6-phosphate accumulation.Plant Physiol.135,879-890.
-Tatusova,T.A.and Madden,T.L.(1999).Blast 2 sequences-a new toolfor comparing protein and nucleotide sequences″,FEMS Microbiol Lett.174,247-250.
-Vogel,G,Fiehn,O.,Jean-Richard-diL-Bressel,L.,Boller,T.,Wiemken,A.,Aeschbacher,R.A.and Wingler,A.(2001).Trehalose metabolism inArabidopsis:occurrence of trehalose and molecnlar cloning andcharacterization of trehalose-6-phospate synthase homologues.J.Experim.Botany 52,1817-1826.
Figure IYZ000004381301500011
Figure IYZ000004381301500021
Figure IYZ000004381301500031
Figure IYZ000004381301500071
Figure IYZ000004381301500081
Figure IYZ000004381301500091
Figure IYZ000004381301500101
Figure IYZ000004381301500121
Figure IYZ000004381301500131
Figure IYZ000004381301500141
Figure IYZ000004381301500161
Figure IYZ000004381301500171
Figure IYZ000004381301500181
Figure IYZ000004381301500191
Figure IYZ000004381301500201
Figure IYZ000004381301500211
Figure IYZ000004381301500221
Figure IYZ000004381301500231
Figure IYZ000004381301500241
Figure IYZ000004381301500251
Figure IYZ000004381301500271
Figure IYZ000004381301500281
Figure IYZ000004381301500291
Figure IYZ000004381301500301
Figure IYZ000004381301500311
Figure IYZ000004381301500321
Figure IYZ000004381301500331
Figure IYZ000004381301500341
Figure IYZ000004381301500361
Figure IYZ000004381301500381
Figure IYZ000004381301500391
Figure IYZ000004381301500401
Figure IYZ000004381301500421
Figure IYZ000004381301500431
Figure IYZ000004381301500441
Figure IYZ000004381301500451
Figure IYZ000004381301500461
Figure IYZ000004381301500471
Figure IYZ000004381301500481
Figure IYZ000004381301500491
Figure IYZ000004381301500501
Figure IYZ000004381301500511
Figure IYZ000004381301500521
Figure IYZ000004381301500531
Figure IYZ000004381301500541
Figure IYZ000004381301500561
Figure IYZ000004381301500571
Figure IYZ000004381301500601
Figure IYZ000004381301500611

Claims (7)

1.植物II类海藻糖-6-磷酸合酶的失活促进植物生长的用途。
2.根据权利要求1的用途,其中所述植物生长的促进是增加的根生长、增加的茎粗、增加的叶数目和/或增加的种子大小。
3.根据前述任一项权利要求的用途,其中所述植物生长的促进是在无光照时获得的。
4.植物II类海藻糖-6-磷酸合酶的失活增加淀粉合成的用途。
5.根据前述任一项权利要求的用途,其中所述海藻糖-6-磷酸合酶选自由SEQ ID NO.:1-15组成的组中。
6.根据权利要求5的用途,其中所述海藻糖-6-磷酸合酶为SEQ ID NO.:4。
7.根据权利要求6的用途,其中所述海藻糖-6-磷酸合酶为SEQ ID NO.:1。
CN2007800034646A 2006-01-27 2007-01-29 海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途 Expired - Fee Related CN101374952B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06100950.2 2006-01-27
EP06100950 2006-01-27
EP06112770.0 2006-04-19
EP06112770 2006-04-19
PCT/EP2007/000736 WO2007085483A1 (en) 2006-01-27 2007-01-29 Use of trehalose-6-phosphate synthase to modulate plant growth

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101374952A CN101374952A (zh) 2009-02-25
CN101374952B true CN101374952B (zh) 2011-07-06

Family

ID=36377449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800034646A Expired - Fee Related CN101374952B (zh) 2006-01-27 2007-01-29 海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101374952B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2541760T3 (es) 2011-04-26 2015-07-24 Isis Innovation Limited Modificación de los niveles de trehalosa-6-fosfato en las plantas
CN103103168B (zh) * 2013-02-06 2014-09-03 中国热带农业科学院橡胶研究所 一种促进植物生长和开花的蛋白及其编码基因的应用
GB201511732D0 (en) 2015-07-03 2015-08-19 Rothamsted Res Ltd Treating water stress in plants
CN114085786B (zh) * 2022-01-23 2022-05-20 江苏省农业科学院 一种富含t6p酵母菌及其培养方法和应用
CN115927237B (zh) * 2022-10-21 2024-03-29 华中农业大学 一种油菜海藻糖-6-磷酸合成酶基因在调控含油量与脂肪酸组成中的用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1221454A (zh) * 1996-05-03 1999-06-30 莫根国际股份有限公司 通过改变海藻糖-6-磷酸的水平来调节代谢
US6872870B1 (en) * 1998-10-15 2005-03-29 K.U. Leuven Research & Development Specific genetic modification of the activity of trehalose-6-phosphate synthase and expression in a homologous or heterologous environment

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1221454A (zh) * 1996-05-03 1999-06-30 莫根国际股份有限公司 通过改变海藻糖-6-磷酸的水平来调节代谢
US6872870B1 (en) * 1998-10-15 2005-03-29 K.U. Leuven Research & Development Specific genetic modification of the activity of trehalose-6-phosphate synthase and expression in a homologous or heterologous environment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
In-Cheol Jang,et al.Expression of a bifunctional fusion.《Plant Physiology》.2003,第131卷516-524. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101374952A (zh) 2009-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dijken et al. Arabidopsis trehalose-6-phosphate synthase 1 is essential for normal vegetative growth and transition to flowering
Ben-Saad et al. Marker-free transgenic durum wheat cv. Karim expressing the AlSAP gene exhibits a high level of tolerance to salinity and dehydration stresses
Zhang et al. Enhanced salt tolerance of alfalfa (Medicago sativa) by rstB gene transformation
CN102365366A (zh) 具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
CN102428186B (zh) 包含编码烯醇丙酮酸磷酸羧激酶和/或丙酮酸正磷酸双激酶的构建体的转基因植物
CN103249836A (zh) 具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法
MX2011000483A (es) Plantas que tienen rasgos mejorados relacionados con el rendimiento y un metodo para producir las mismas.
CN104450640A (zh) 具有提高的胁迫耐受性和产量的转基因植物
CN102648282A (zh) 具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法
CN102766618B (zh) 水稻OsICL蛋白及其编码基因和应用
CN101981195A (zh) 产量相关性状增强的植物及其制备方法
CN101374952B (zh) 海藻糖-6-磷酸合酶调节植物生长的用途
EP1989312B1 (en) Use of trehalose-6-phosphate synthase to modulate plant growth
Han et al. Overexpression of Arabidopsis thaliana brassinosteroid-related acyltransferase 1 gene induces brassinosteroid-deficient phenotypes in creeping bentgrass
Chen et al. Enhance sucrose accumulation in strawberry fruits by eliminating the translational repression of FabZIPs1. 1
CN101686641B (zh) 推定的细胞激动素受体和其应用方法
CN103298943A (zh) 产量相关性状增强的植物及其制备方法
Seng et al. ADP-glucose pyrophosphorylase gene plays a key role in the quality of corm and yield of cormels in gladiolus
CN111826364B (zh) 一种抗病虫害相关基因及其应用
CN104099368A (zh) 具有改良特征的植物及其制备方法
WO2009003429A2 (en) Method of regulation of biomass production in plants, dna sequences and method of preparation thereof
CN104805100A (zh) 水稻基因OsSμBP-2在延缓植物叶片衰老中的应用
CN104583407A (zh) 具有增强的产量相关性状的植物和用于制备该植物的方法
CN102971427A (zh) 具有增强的产量相关性状的植物和用于产生该植物的方法
BR102013006243A2 (pt) “método para aprimorar uma ou mais caracteristlcas relacionadas a0 rendimento em plantas, acido nucléico isolado, pollpeptideo isolado, construção de super-expressão, planta,célula hospedeira, uso de uma construção, planta transgenica, parte colheitável de uma planta, produto derivado, uso, composição e grão de pólen ,transgênico”

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110706

Termination date: 20170129

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee