一種改良植物性狀的方法技術

本發明專利技術涉及一種改良植物性狀的方法，首次揭示一種以提高植物的光能利用效率為目的的改良植物的新方法，所述方法通過在植物中表達光能吸收和傳遞蛋白(Light?Energy?Absorption?and?Transduction?protein，LEAT蛋白)，利用吸收的光能與植物體內相關的甲基醌衍生物，例如質體醌，發生相互作用、催化水的裂解并釋放氧氣，從而提高植物光利用效率。本發明專利技術的方法可有效拓展植物對光能的利用，提高光合效率及產量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物
；更具體地，本專利技術涉及。
技術介紹
光合作用是地球上最重要的化學反應，植物通過光合作用將光轉化為可為人類直接利用的穩定的化學能形式，并提供了人類生存所需的氧氣和食物。然而就植物對太陽光能的利用效率而言，從整個生長季來計算，田間作物所能夠利用的光能低于整個生長季作物接受的地球表面太陽光能量的1%。植物對光的利用主要取決于以下幾個方面:首先是植物對光的捕獲。對高等植物而言，葉片的光能捕獲效率一般可以達到80%以上；其中植物的葉綠素a和b主要吸收可見光中的紅光和藍光部分用于光合作用，光合輔助色素類胡蘿卜素，主要吸收可見光中的藍光和近紫外部分；而綠光和黃光等則被部分反射或透過而不能被充分利用。其次，日光中紫外線部分(260-400nm)過多對植物細胞產生毒害作用，例如，過多紫外線對植物細胞的膜系統和植物光合機構的功能產生破壞。第三，光能利用效率取決于植物對捕獲光能的轉換效率，即光能轉化效率。光能轉化效率不僅取決于葉綠體類囊體膜上進行的光反應，還受葉綠體基質中進行的暗反應及光呼吸的影響。因此，與這幾方面相關的因素都會影響植物葉片對光的利用效率，例如植物光系統的保護機制或光修復能力；高等植物葉片內可利用的CO2濃度，它受到氣孔開關的控制，而氣孔開關又受氣孔保衛細胞中的葉綠體捕獲可用于光合同化能量的能力驅動。在當今全球人口增加、糧食危機、能源危機的背景下，發現提高植物的光利用效率的新途徑具有重要的意義。在一般條件下陽光與光合作用所需要的原料水和二氧化碳并不缺乏，可是由于種種內外原因，植物利用太陽能的效率很低，據估計溫帶地區植物光合作用的轉化率按全年平均計算約為太陽全部輻射能的0.5-2.5%，整個生物圈的平均轉化率可達3-5%。在提供理想的環境與條件下，光合作用的最高效率可達8-15%。因此，如何提高光能利用率是未來進一步提高能源生物產量的重大突破口。多年來，人們嘗試各種手段提高植物光合作用效率，主要的策略包括降低光呼吸損失，增加植物Rubisco羧化與氧化反應比值，改造C3植物成為C4植物等等。這些策略都是集中于改良影響植物光合效率的某個方面。目前尚無一種途徑被完全證實可以有效提高植物光能利用效率。鑒于光合機構運轉模式在各種植物間非常保守，一旦一種提高光能利用效率的途徑得到充分驗證，其巨大潛力可以在不同植物中得到應用。因此，本領域迫切需要研究和開發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，提高植物的產量。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供。在本專利技術的第一方面， 提供，包括以下步驟:1)將一種或多種編碼光能吸收和傳遞蛋白(LEAT蛋白)的多核苷酸轉化入植物；2)從轉化后的植物中選擇出相較對照植物而言性狀獲得改良的植物；上述光能吸收和傳遞蛋白是能夠利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-對苯醌的還原的蛋白。在一個優選例中，所述的編碼光能吸收和傳遞蛋白的多核苷酸選自下組:(a)編碼熒光蛋白或其經一個或多個(如1-30個；較佳地1-20個；更佳地1-10個；更佳地1-5個)氨基酸位點突變后熒光強弱或熒光發射光譜發生變化的，但依然能夠利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-對苯醌的還原的突變體蛋白的多核苷酸；或(b)編碼非熒光生色蛋白(non-fluorescent chromoprotein)或其經一個或多個(如1-30個；較佳地1-20個；更佳地1-10個；更佳地1-5個)氨基酸位點突變后但依然能夠利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-對苯醌的還原的突變體蛋白的多核苷酸。在另 一優選例中，所述的編碼熒光蛋白或其經一個或多個(如1-30個；較佳地1-20個；更佳地1-10個；更佳地1-5個)氨基酸位點突變后熒光強弱或熒光發射光譜發生變化的，但依然能夠利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-對苯醌的還原的突變體蛋白的多核苷酸選自下組:(a)編碼SEQ ID NO:4所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(b)編碼SEQ ID NO: 10所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(c)編碼SEQ ID NO:36所示氨基酸序列的蛋白(efasCFP)的多核苷酸；(d)編碼SEQ ID NO:6所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(e)編碼SEQ ID NO:28所示氨基酸序列的蛋白的多核苷酸；(f)編碼SEQ ID NO:40所示氨基酸序列的蛋白(scubGFP)的多核苷酸；(g)編碼SEQ ID N0:44所示氨基酸序列的蛋白(rmueGFP)的多核苷酸；(h)編碼SEQ ID NO:52所示氨基酸序列的蛋白(cpGFP)的多核苷酸；(i)編碼SEQ ID NO:8所示氨基酸序列的蛋白(YFP)的多核苷酸；(j)編碼SEQ ID NO: 12所示氨基酸序列的蛋白(YFPmu2)的多核苷酸；(k)編碼SEQ ID NO: 14所示氨基酸序列的蛋白(YFPmu4)的多核苷酸；(I)編碼SEQ ID NO: 16所示氨基酸序列的蛋白(YFPmu7)的多核苷酸；(m)編碼SEQ ID NO: 18所示氨基酸序列的蛋白(YFPl232h)的多核苷酸；(η)編碼SEQ ID NO:20所示氨基酸序列的蛋白(YFPl232q)的多核苷酸；(ο)編碼SEQ ID NO:50所示氨基酸序列的蛋白(phiYFP)的多核苷酸；(P)編碼SEQ ID N0:2所示氨基酸序列的蛋白(mCherry)的多核苷酸；(q)編碼SEQ ID NO:22所示氨基酸序列的蛋白(mCherrymu3)的多核苷酸；(r)編碼SEQ ID NO:24所示氨基酸序列的蛋白(mCherrymu4)的多核苷酸；(s)編碼SEQ ID NO:26所示氨基酸序列的蛋白(mCherrymu5)的多核苷酸；(t)編碼SEQ ID NO:30所示氨基酸序列的蛋白(eqFP611)的多核苷酸；(u)編碼SEQ ID NO:34所示氨基酸序列的蛋白(eforCP/RFP)的多核苷酸；(V)編碼SEQ ID NO:42所示氨基酸序列的蛋白(rf1RFP)的多核苷酸；(w)編碼SEQ ID N0:46所示氨基酸序列的蛋白(ceriantRFP)的多核苷酸；(x)編碼SEQ ID NO:32所示氨基酸序列的蛋白(hcriCP)的多核苷酸；(y)編碼SEQ ID N0:48所示氨基酸序列的蛋白(anm2CP)的多核苷酸；(z)編碼SEQ ID NO:62所示氨基酸序列的蛋白(YFP1^1)的多核苷酸；(aa)編碼SEQ ID N0:64所示氨基酸序列的蛋白(GFP1.)的多核苷酸；(ab)編碼(a)至(aa)任一所示氨基酸序列經過一個或多個(如1_30個；較佳地1-20個；更佳地1-10個；更佳地1-5個)氨基酸殘基的取代、缺失或添加而形成的，且能夠利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-對苯醌的還原的蛋白的多核苷酸；(ac)編碼與(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%)，且能夠利用光能催化水的裂解和2，3，5-三甲基-1，4-對苯醌的還原的蛋白的多核苷酸；或(ad)與上述(a)-(ac)任本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改良植物性狀的方法，包括以下步驟：?1）將一種或多種編碼光能吸收和傳遞蛋白的多核苷酸轉化入植物；?2）從轉化后的植物中選擇出相較對照植物而言性狀獲得改良的植物；?上述光能吸收和傳遞蛋白是能夠利用光能催化水的裂解和2,3,5?三甲基?1,4?對苯醌的還原的蛋白。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡偉明，孫衛寧，陳根云，朱新廣，米華玲，陳海瑩，
申請(專利權)人：中國科學院上海生命科學研究院，
類型：發明
國別省市：