CN109797153A - 弱化组织特异性启动子、提高植物光合作用效率的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基因工程领域，具体而言，提供了一种弱化组织特异性启动子、提高植物光合作用效率的方法及其应用。本发明提供的弱化组织特异性启动子，表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％‑20％。该弱化组织特异性启动子可以微量表达目标基因，实现目标基因的过表达的同时减少对内源基因表达的干扰。本发明提供的提高植物光合作用效率的方法，利用经弱化改造的组织特异性启动子调控目标基因，使得目标基因在植物中过表达，其中，目标基因参与植物的光合作用。该方法有效提高目标基因的表达量，提高光合速率，同时减少对植物其他代谢平衡的负面作用，从而达到提高植物光合作用效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及基因工程领域，具体而言，涉及一种弱化组织特异性启动子、提高植物光合作用效率的方法及其应用。
背景技术
卡尔文循环是C3植物中光合碳固定的主要途径，发生在叶绿体的基质中。该循环在植物代谢中起关键作用，提供淀粉，蔗糖和莽草酸生物合成所需的中间体1。卡尔文循环包括以下主要步骤：核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)的羧化，3-磷酸甘油酸的还原和CO2受体RuBP的再生。景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)是影响光合作用的关键酶，SBPase催化的反应位于卡尔文循环中同化阶段和再生阶段的分支点上，对于控制该循环过程中碳源的流通具有十分重要的作用。与卡尔文周期中的其他酶不同，SBPase是光合生物独有的。SBPase的活性受pH，Mg2等多种因素的高度调控。
启动子包含着基因表达最核心的调控信息，决定了基因转录的起始、效率及时空特异性。组成型启动子，如35S、Actin和Ubiquitin的启动子，已被广泛应用于植物遗传转化，其特点是强度高、非组织特异和不易受转化基因的影响。然而外源基因的组成型表达也带来一些负面效应，大量表达合成外源基因会增加植物的代谢负担，导致营养消耗，从而干扰植株的生长发育。植物的主要生理活动是在光下完成的，大量基因的表达都会受到光的诱导，应用光诱导型启动子控制光合作用相关基因有可能使外源基因的表达与植物的生理活动节奏相一致，从而降低黑暗中大量表达外源基因带来的呼吸消耗，不但可能增加同化产物的积累，同时也可能避免可能带来的植物代谢紊乱。目前各种非组织特异性或者组织特异性的过量表达同源基因在很大程度上都导致内源基因沉默，或者因为表达不当增加植物的代谢负担，导致营养消耗，从而干扰植株的生长发育。目前通过调节光合作用相关基因的表达，没有获得可用于育种的高产种质材料。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种弱化组织特异性启动子，以缓解现有技术中缺少微量表达目标基因的启动子。
本发明的第二目的在于提供上述弱化组织特异性启动子的应用。
本发明的第三目的在于提供一种提高植物光合作用效率的方法，以缓解现有技术中缺少一种可用于育种的高产种质材料的制备方法。
本发明的第四目的在于提供上述方法在提高作物产量中的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种弱化组织特异性启动子，所述弱化组织特异性启动子的表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％-20％。
进一步地，所述弱化组织特异性启动子为弱化rbcS启动子、弱化ACD6启动子或弱化SAG12启动子；
优选地，所述弱化组织特异性启动子通过序列删除、序列插入或点突变中的至少一种方式改造得到；
优选地，所述弱化rbcS启动子通过删除rbcS启动子5’非翻译端的36个核苷酸得到；
优选地，所述弱化rbcS启动子来源于玉米基因。
上述弱化组织特异性启动子在如下1)-3)任一项的应用：
1)植物基因过表达；
2)提高植物光合作用效率；
3)提高作物产量。
一种提高植物光合作用效率的方法，利用上述弱化组织特异性启动子调控目标基因，使得目标基因在植物中过表达；
所述目标基因参与植物的光合作用。
进一步地，所述弱化组织特异性启动子通过序列删除、序列插入或点突变中的至少一种方式改造得到。
进一步地，所述组织特异性启动子包括rbcS启动子、ACD6启动子或SAG12启动子。
进一步地，所述目标基因包括植物光合作用关键酶基因；
优选地，所述植物光合作用关键酶基因包括景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶基因、果糖-1,6-二磷酸酶基因或ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因中的至少一种。
进一步地，所述植物包括单子叶植物或双子叶植物。
进一步地，所述过表达的步骤包括：将带有弱化组织特异性启动子和目标基因的表达载体导入植物细胞中，得到目标基因过表达的植物，所述弱化组织特异性启动子调节所述目标基因；
优选地，所述导入包括微注射、电穿孔或混合孵育；
优选地，所述表达载体包括Ti质粒或植物病毒载体。
上述方法在提高作物产量中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种弱化组织特异性启动子，表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％-20％。该弱化组织特异性启动子可以微量表达目标基因，实现目标基因的过表达的同时减少对内源基因表达的干扰。
本发明提供一种提高植物光合作用效率的方法，利用经弱化改造的组织特异性启动子调控目标基因，使得目标基因在植物中过表达，其中，经弱化改造的组织特异性启动子的表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％-20％，并且，目标基因参与植物的光合作用。该方法通过弱化的组织特异性启动子在植物中微量过表达若干个目标基因，使得目标基因在植物中的表达量微量增加，可以减少对内源基因表达的干扰，有效提高目标基因的表达量，提高光合速率，同时减少对植物其他代谢平衡的负面作用，从而达到提高植物光合作用效率的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中RHP-RBCS1启动子序列与玉米材料同源序列中的RBCS启动子序列相比结果；
图2为实施例2中GC101的T-DNA结构。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。
本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。
本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以不按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
一种弱化组织特异性启动子的表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％-20％。该弱化组织特异性启动子可以微量表达目标基因，实现目标基因的过表达的同时减少对内源基因表达的干扰。
在优选地实施方式中，弱化组织特异性启动子为弱化rbcS启动子、弱化ACD6启动子或弱化SAG12启动子。
在优选地实施方式中，弱化组织特异性启动子通过序列删除、序列插入或点突变中的至少一种方式改造得到。
在优选地实施方式中，弱化rbcS启动子通过删除rbcS启动子5’非翻译端的36个核苷酸得到。
在优选地实施方式中，弱化rbcS启动子来源于玉米基因。
上述弱化组织特异性启动子在如下1)-3)任一项的应用：
1)植物基因过表达；
2)提高植物光合作用效率；
3)提高作物产量。
一种提高植物光合作用效率的方法，利用经弱化改造的组织特异性启动子调控目标基因，使得目标基因在植物中过表达，其中，经弱化改造的组织特异性启动子的表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％-20％，目标基因参与植物的光合作用。
该方法通过弱化的组织特异性启动子在植物中微量过表达若干个目标基因，使得目标基因在植物中的表达量微量增加，可以减少对内源基因表达的干扰，有效提高目标基因的表达量，提高光合速率，同时减少对植物其他代谢平衡的负面作用，从而达到提高植物光合作用效率的目的。该方法中经弱化改造的组织特异性启动子的起始时间及表达部位并没有发生改变，只是转录活性实现了降低。
在一些实施方式中，弱化组织特异性启动子通过序列删除、序列插入或点突变中的至少一种方式改造得到。通过对组织特异性启动子进行改造，使得组织特异性启动子转录活性降低，达到野生型组织特异性启动子转录活性的0.1％-20％即可。序列删除、插入或点突变等基因工程改造都可以对组织特异性启动子进行弱化改造，本发明并不对改造的方式进行限定，只要可以将组织特异性启动子转录活性降低到原有的0.1％-20％即可。
在一些实施方式中，组织特异性启动子包括rbcS启动子、ACD6启动子或SAG12启动子。组织特异性启动子也称为器官特异性启动子，本发明中为了提高植物光合作用效率，使用的组织特异性启动子优选为叶特异性启动子。
在一些实施方式中，目标基因包括植物光合作用关键酶基因，植物光合作用关键酶基因包括景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶基因(SBPase)、果糖-1,6-二磷酸酶基因或ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因中的至少一种。1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，RuBisco)是光合作用中决定碳同化速率的关键酶，在光合作用中卡尔文循环里催化第一个主要的碳固定反应，将大气中游离的二氧化碳转化为生物体内储能分子，Rubisco水平减少50％以上对中度光照和温度条件下生长的植物的光合作用几乎没有影响；甘油醛-3-P脱氢酶，Fru-1,6,6-二磷酸酶(FBPase)和磷酸核糖激酶(PRKase)水平的大部分降低也并不能限制光合能力，说明上述酶过量存在，不具有通过卡尔文循环限制碳固定的水平。然而，SBPase活性的小幅减少导致SBPase反义烟草植物光合作用显着降低，说明SBPase与卡尔文循环中碳代谢紧密相关。调控SBPase的活性有可能达到提高光合作用水平，最终实现提高作物产量的目的。
在一些优选地实施方式中，构建弱化的水稻rbcS启动子控制SBPase构建载体转化水稻，或者采用构建弱化的拟南芥rbcS启动子控制SBPase构建载体转化烟草或甜菜。
在一些优选地实施方式中，植物包括单子叶植物或双子叶植物。
在一些实施方式中，过表达的步骤包括：将带有经弱化改造的组织特异性启动子和目标基因的表达载体导入植物细胞中，得到目标基因过表达的植物，其中，弱化组织特异性启动子调节目标基因。
在一些实施方式中，导入包括微注射、电穿孔或混合孵育。
在一些实施方式中，表达载体包括Ti质粒或植物病毒载体。
本发明最后提供了上述方法在提高作物产量中的应用。
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
下述实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如Sambrook等分子克隆：实验室手册(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press，1989)中所述的条件，或按照有关文献或制造厂商所建议的条件。
实施例1构建弱化启动子
利用PCR技术从玉米基因组DNA中分离了rbcS基因启动子及叶绿体定位信号编码序列，然后截去部分5′非翻译区(5’UTR)序列，通过影响mRNA的稳定性来降低受控基因的翻译表达水平。这个弱化启动子命名为RHP-RBCS1。RHP-RBCS1启动子序列与玉米材料同源序列中的RBCS启动子序列相比结果如图1所示，在5’非翻译端缺少了36个核苷酸。
分离和应用包含水稻景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶基因(SBPase)的DNA片段(OSSBP)，该基因的表达产物可以在单子叶植物中影响卡尔文循环过程中着碳的流入和再生。
实施例2单子叶植物转化载体的构建
选择pCAMBIA1105.1作为骨架，仍然采用Hyg(潮霉素)筛选基因表达框；通过DNA合成方法获得用RHP-RBCS1启动子控制水稻SBPase基因的片段，通过分子克隆的方法代替35S-GUS片段，仍然使用NOS终止子。最后获得可用于植物转化的双元载体GC101。转化载体GC101的T-DNA结构如图2所示。
实施例3获得转基因水稻
植物材料：来源于粳稻品种日本晴成熟种子诱导而来的淡黄色胚性愈伤组织。
农杆菌菌株：携带双元载体GC101的EHA105农杆菌菌株。
获得水稻转基因植株的方法如下：
1)携带双元载体GC101的EHA101农杆菌菌株在含有抗生素的固体YEP培养基上在19至22℃下生长三天。
2)将少量细菌培养物从板上刮下后加入15mL的液体培养基，振荡形成悬浮液，使用前将光密度调整为OD600＝0.35。
3)挑选少量积极生长的愈伤组织转移到10ml的试管中。加入4mL农杆菌悬浮液后震荡处理15秒，然后在黑暗中室温静止培养5-7分钟。
4)将感染的愈伤组织置于100×15mm培养皿中的干燥滤纸上，很快可以看到没有明显的液体痕迹。
5)将愈伤组织用滤纸转移到共培养板上，在黑暗条件下于25℃下培养3天。
6)将感染的愈伤组织从滤纸上转移并放置在选择培养基上，于28℃进行暗培养。
7)每两周继代培养一次，一共继代培养2到三次。
8)将继续生长的愈伤组织转移到分化培养基上诱导再生。
9)再生苗转移到生根培养基继续培养。
10)幼苗长到5-7厘米高时取样，应用PCR技术确定外源基因的整合情况。
11)符合要求的转基因植株移入温室继续培育，收种子进行下一代分析。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种弱化组织特异性启动子，其特征在于，所述弱化组织特异性启动子的表达量为野生型组织特异性启动子的表达量的0.1％-20％。
2.根据权利要求1所述的弱化组织特异性启动子，其特征在于，所述弱化组织特异性启动子为弱化rbcS启动子、弱化ACD6启动子或弱化SAG12启动子；
优选地，所述弱化组织特异性启动子通过序列删除、序列插入或点突变中的至少一种方式改造得到；
优选地，所述弱化rbcS启动子通过删除rbcS启动子5’非翻译端的36个核苷酸得到；
优选地，所述弱化rbcS启动子来源于玉米基因。
3.权利要求1或2所述的弱化组织特异性启动子在如下1)-3)任一项的应用：
1)植物基因过表达；
2)提高植物光合作用效率；
3)提高作物产量。
4.一种提高植物光合作用效率的方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的弱化组织特异性启动子调控目标基因，使得目标基因在植物中过表达；
所述目标基因参与植物的光合作用。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述弱化组织特异性启动子通过序列删除、序列插入或点突变中的至少一种方式改造得到。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述组织特异性启动子包括rbcS启动子、ACD6启动子或SAG12启动子。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标基因包括植物光合作用关键酶基因；
优选地，所述植物光合作用关键酶基因包括景天庚酮糖-1，7-二磷酸酶基因、果糖-1,6-二磷酸酶基因或ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述植物包括单子叶植物或双子叶植物。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述过表达的步骤包括：将带有弱化组织特异性启动子和目标基因的表达载体导入植物细胞中，得到目标基因过表达的植物，所述弱化组织特异性启动子调节所述目标基因；
优选地，所述导入包括微注射、电穿孔或混合孵育；
优选地，所述表达载体包括Ti质粒或植物病毒载体。
10.权利要求4-9任一项所述的方法在提高作物产量中的应用。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021222249A1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Compositions and methods for reducing nuclease expression and off-target activity using a promoter with low transcriptional activity |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030165947A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-09-04 | Conner Timothy W. | Plant regulatory sequences for selective control of gene expression |
| CN103740718A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-04-23 | 中国农业科学院作物科学研究所 | 一种植物光诱导型基因启动子及其应用 |
| WO2019012483A1 (en) * | 2017-07-13 | 2019-01-17 | Benson Hill Biosystems, Inc. | INCREASING GROWTH AND YIELD OF PLANTS WITH FERREDOXINE-THIOREDOXIN REDUCTASE |
| CN109311953A (zh) * | 2016-06-13 | 2019-02-05 | 本森希尔生物系统股份有限公司 | 使用苯丙氨酸脱氨酶序列增加植物生长和产量 |
| WO2019035003A1 (en) * | 2017-08-17 | 2019-02-21 | Benson Hill Biosystems, Inc. | INCREASING GROWTH AND PLANT YIELD BY MEANS OF GLUTAREXIN |
-
2019
- 2019-03-05 CN CN201910163202.0A patent/CN109797153A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030165947A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-09-04 | Conner Timothy W. | Plant regulatory sequences for selective control of gene expression |
| CN103740718A (zh) * | 2013-12-26 | 2014-04-23 | 中国农业科学院作物科学研究所 | 一种植物光诱导型基因启动子及其应用 |
| CN109311953A (zh) * | 2016-06-13 | 2019-02-05 | 本森希尔生物系统股份有限公司 | 使用苯丙氨酸脱氨酶序列增加植物生长和产量 |
| WO2019012483A1 (en) * | 2017-07-13 | 2019-01-17 | Benson Hill Biosystems, Inc. | INCREASING GROWTH AND YIELD OF PLANTS WITH FERREDOXINE-THIOREDOXIN REDUCTASE |
| WO2019035003A1 (en) * | 2017-08-17 | 2019-02-21 | Benson Hill Biosystems, Inc. | INCREASING GROWTH AND PLANT YIELD BY MEANS OF GLUTAREXIN |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| ANTON R. SCHÄFFNER等: "Maize rbcS promoter activity depends on sequence elements not found in dicot rbcS promoters", 《THE PLANT CELL》 * |
| J F VIRET等: "Transcriptional photoregulation of cell-type-preferred expression of maize rbcS-m3: 3" and 5" sequences are involved", 《PROC NATL ACAD SCI U S A.》 * |
| 习雨琳: "一些单,双子叶植物RBCS基因启动子的克隆及其表达特性分析", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 农业科技辑》 * |
| 彭银祥等主编: "《基因工程》", 31 March 2007, 华中科技大学出版社 * |
| 王淼等: "高等植物绿色组织特异表达启动子研究进展", 《中国农业科技导报》 * |
| 生吉萍等主编: "《食品基因工程导论》", 28 February 2017, 中国轻工业出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021222249A1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Compositions and methods for reducing nuclease expression and off-target activity using a promoter with low transcriptional activity |
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