提高種子產量和促進植物生長的方法技術

本發明專利技術涉及一種提高種子產量和促進單子葉植物或雙子葉植物生長的方法，其通過在同基因或轉基因植物細胞中過表達TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白而實現。本發明專利技術還涉及與野生型相比，具有提高種子產量和促進生長的特性的轉基因植物，所述轉基因植物包括編碼TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白的核苷酸序列以及可操作地與其連接的調控核苷酸序列，所述調控核苷酸序列用于控制轉基因植物的植物細胞中TMT蛋白的增加的基因表達。其還涉及所述轉基因植物在栽培或生產栽培植物或有用植物或由其產生的生物質、油或蛋白質中的應用。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種提高種子產量和促進單子葉植物和雙子葉植物生長的方法，其通過在同基因或轉基因植物細胞中過表達TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白或其同源物或其類似物而實現。本專利技術還涉及與野生型相比具有提高種子產量和促進生長的特性的轉基因植物，所述轉基因植物包括編碼TMT (液泡膜單糖轉運體)蛋白的核苷酸序列以及可操作地與其連接的調控核苷酸序列，所述調控核苷酸序列用于控制轉基因植物的植物細胞中TMT蛋白的增加的基因表達。本專利技術還涉及所述轉基因植物在栽培及生產栽培植物和有用植物或由其產生的生物質、油或蛋白質中的應用。本專利技術還涉及一種基因構建體，其包括編碼擬南芥((Arabidopsis thaliana)TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白TMTl的核苷酸序列。
技術介紹
許多植物被用作獲得油和蛋白質的基礎，因此代表著食品工業的重要原料載體。在這方面，首先提到的是油菜(甘藍型油菜(Brassicanapus))，其在世界農業經濟上具有重要意義，其種子中儲存著大量油和蛋白質。2009年，僅德國就收獲了 620萬噸油菜籽。由于其油的儲存質量，這種植物尤其適于農業上生產油和蛋白質，這被許多增加油菜籽的產量和該植物生產的產品產量 的嘗試所證明。油菜籽的油產量居全球第三位，位于大豆油和棕櫚油之后(Jaworski等人，1993,油菜種子產量與收獲方法有關(Canola seed yield inrelation to harvestmethods) ；Janick, JE Simon編著，新作物(New Crops) ；ffiley,紐約(New York), p.330-301)。油菜籽的主要成分為大量的油(約35-45%)和蛋白質(20-22%)。因而油是該成熟籽粒的主要能量儲存。油菜的近親為模式生物擬南芥(Arabidopsis thaliana),其被用作遺傳研究,是高等植物生理機能的優秀代表。為此，在模式植物擬南芥中獲得的結果也可以轉用于其他植物物種。由于植物作為油和蛋白質提供者的能力，相當長的時期以來人們一直嘗試在栽培過程中提高植物產量和其種子產量，以最終提高生產中產出的油或蛋白質的產量。如果能夠成功地提高種子的產量，那么相應就有可能提高每公頃收獲的油和蛋白質的產量。在W02008/092935A2中公開了這樣的方法。該說明書描述了一種通過調控編碼YEP(產量增加蛋白)蛋白的核酸表達來提高植物收獲物的方法。所述YEP選自一組細胞蛋白，尤其是核小體樣蛋白1-樣多肽(NAP1-樣)、LikeSm多肽(Lsm蛋白)、截短的eyeIinH(CycHTr)多肽、Remorin多肽和DREB蛋白。用YEP轉染植物細胞使得植物和植物部位如種子的生長率增加。該方法相應地基于外源基因的引入及其在轉基因植物中的表達。但是，其沒有提到糖從細胞液進入到植物液泡中的運輸。為了使種子在生長時能儲存油和蛋白質，首先必須在綠色光合有效的葉子和儲存器官之間存在交流；也即，將光合作用產物從葉子運送至種子，并在那里組裝成油脂和蛋白質。光合作用是將光能轉變為生物化學能的過程，并最終在葉子中產生糖、淀粉、氨基酸和有機酸。特別是如果糖沒有快速及時地從葉子中轉移出去，其會在單獨的光合作用細胞中發生積累。這種糖的積累向葉子發出光合作用足夠有效的信息，然后在遺傳水平上進行下調(Rolland等人，2002,植物中糖的傳感和信號轉導(Sugar sensing and signaling inplants)，植物細胞(PlantCell) 14:185-205)。這意味著細胞液中的高糖分濃度使對有效光合作用必要的基因的表達降低，從而導致光合作用效率下降(Koch，1996，植物中碳水化合物調控的基因表達(Carbohydrate-modulated geneexpression in plants), Ann RevPlant Physiol Plant Mol Biol 47:509-540)。從而得出結論是可達到的最大光合作用被高糖分濃度抑制，這里尤其指在光合有效細胞的細胞液中的葡萄糖。在各種單子葉植物和雙子葉植物中，如苜蓿(Nedicago)(鑒定號N0.AC131026)、葡萄(Vitis vinifera)(鑒定號 Νο.ΑΑΧ47312)和水稻(Oryza sativa)(鑒定號N0.0s02gl3560)，發現了一種負責將糖從植物細胞的細胞質中運送至液泡的蛋白。植物液泡在長期或短期儲存糖上起主要作用。儲藏組織如甜菜(Beta vulgaris)和甘鹿(Saccharumofficinarum)積累了大量鹿糖，以作為植物代謝的能源。白天積累在葉子中的糖在晚上從液泡中釋放出來。最終，在擬南芥屬植物中鑒定了一個基因，其蛋白產物為位于光合有效細胞液泡膜上的一種糖轉運體，并能夠將葡萄糖(單糖)從細胞液中運送至液泡(Wormit等人，2006，擬南芥屬植物中涉及液泡中糖運輸的新單糖轉運體的分子鑒定和生理學特征(Molecularidentification and physiological characterization of anovelmonosaccharide transporter from Arabidopsis involved in vacuolarsugartransport),植物細胞(Plant Cell) 18:3476-3490)。這種轉運蛋白稱為液泡膜單糖轉運體(TMT)，位于最大細胞器的膜上。液泡作為一種植物細胞器在光合活性的植物細胞中占約90%的體積(Martinola等人，2007，液泡轉運體及其在植物代謝中的主要作用(Vacuolar transportersand their essential role in plant metabolism), J Exp Bot58:83-102)，因此僅就其體積而言在儲存糖分方面就極為重要(Neuhaus HE, 2007,初級代謝產物跨越植物液泡膜的運輸(Tra nsport of primary metabolitesacross the plantvacuolar membrane),FEB S Lett 581:2223-2226)。所述液泡膜單糖轉運體(TMT)蛋白在擬南芥中包括3種亞型，其表示為TMT1、TMT2和TMT3。TMTl和TMT2的基因表現出組織和細胞種類特異性的表達方式，而TMT3基因僅有很弱的表達。通過基因敲除法，有可能表明與野生型植物相比，發生該變化后的植物液泡中積累明顯更少的葡糖糖和果糖。而二糖蔗糖則沒有檢測到差異。僅在擬南芥屬植物中就已確定了 6O種以上單糖轉運蛋白的亞型，其被分為各種組(Lalonde等人,2004,碳和氮的有機形式在源和匯之間的運輸機制(Transportmechanisms for organic forms of carbonand nitrogen between source and sink),Annu, Rev.Plant Biol, 55，341-372)。許多這類轉運蛋白同樣位于液泡膜上。
技術實現思路
針對這一背景，本專利技術目的是提供一種可增加種子產量和生長的方法和轉基因植物。這種方式尤其可增加所述植物產本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.27 DE 102010013166.01.高種子產量和促進單子葉植物或雙子葉植物生長的方法，其通過在同基因或轉基因植物細胞中過表達TMT (液泡膜單糖轉運體)蛋白而實現。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白包括SEQ ID NO:1所不的擬南芥(Arabidopsisthaliana)TMTl的氨基酸序列。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將編碼TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白的核苷酸序列引入植物細胞，并在組成型或誘導型啟動子的控制下在所述植物細胞中過表達。4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述TMT(液泡膜單糖轉運體)蛋白與SEQ ID NO:1所示的擬南芥TMT (液泡膜單糖轉運體)蛋白TMTl的氨基酸序列具有50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99% 或 100% 的序列一致性。5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述植物為下述物種或其更高屬的栽培植物或有用植物:擬南芥(Arabidopsisthaliana)、甘藍型油菜(Brassicanapus)、甘藍(Brassica oleracea)、白菜型油菜(Brassica rapa)、花生(Arachishypogea)、Boechera stricta、木攬(Bruguiera gymnorhiza)、葡萄柚(Citrus paradisi)、積橘(Poncirustrifoliate)、乳衆大戟(Euphorbia esula)、野草莓(Fragaria vesca)、棉花(Gossypium hirsutum)、雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)、大豆(Glycinemax)、向日葵(Helianthus annuus)、牽牛(Ipomoea nil)、番爺(Lycopersicon esculentum)、宿根萵苣(Lactuca perennis)、柳葉萵苣(Lactuca saligna)、毒萵苣(Lactuc...

【專利技術屬性】
技術研發人員：埃克哈德·紐豪斯，奧利弗·坦安特曼，亞歷山德拉·沃米特，卡琳娜·溫恩特，
申請(專利權)人：凱撒斯勞滕工業大學，
類型：
國別省市：