[发明专利]调节植物光能利用及油脂积累的基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，涉及到一种AP2/EREBP类转录因子BnWRI1基 因及其在调节植物种子光合作用及油脂合成代谢中的应用。

背景技术

除了对人类重要的营养价值外，植物油脂还作为广泛的非食用产品的原料， 特别是全球能源日趋紧张，利用植物油生产可再生能源已成为世界各国应对能 源危机的重要战略选择。提高单位面积油脂产出量是油料作物育种始终追求的 目标，含油量与单产作为单位面积油脂产出量的两个组成因素，也是油料作物生 产效益的重要决定因素(李云昌等，中国油料作物学报。28：92-96，2006)。

种子含油量这个经济性状是受遗传控制的，属于数量性状遗传，并有较高的 遗传力(王贵春等，安徽农业科学，35：5373-5375，5411，2007)。对调控这 一性状功能基因的了解，是运用转基因或常规杂交育种途径培育高油品种的基 础。

油脂合成代谢涉及众多酶系，实践证明，对单一结构基因的表达调控，难以 充分发挥油脂高效积累的潜能(Roesler K.et al..Plant Physiology.113：75-81， 1997)。利用转录因子提高脂肪酸合成整体代谢水平，提供了高油育种的新途 径。目前已知的影响种子油脂积累的转录因子主要有拟南芥WRI1、GLABRA2 Cernac A.et al.Plant Physiology，141：745-757，2006.Shen B.et al.Plant Mol Biol. 60：377-87，2006)，大豆GmDof4和GmDof11(Wang HW et al.Plant Jo52：716-29. 2007).，控制种子发育的转录因子LEC1、L1L、LEC2也对种子含油量具有调控 作用。WRI1是拟南芥脂肪酸合成关键调控基因，该基因突变导致种子含油量下 降80％。该基因在拟南芥中组成型超表达可提高种子油脂含量，但会导致在含糖 培养上幼苗生长异常。

光合作用是指绿色植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为碳水化合物并放 出氧气的过程，是作物产量形成的基础。提高光合作用光能利用效率将使作物 单产有极大提高，也是作物达到高产的必要条件。

光照对作物产量的贡献以前主要着重于叶片等光合器官，近年来才逐渐开 始重视光照在油菜、大豆等“绿色种子”中的作用。已有的研究表明，虽然有 荚壳包被，到达种子的较低水平的光照仍能实质性地提高光合作用相关酶的活 性、增加脂肪酸合成量(Willms JR et al.，Plant Physiology，120：1117-1127，1999； Ruuska，SA.et al.Plant Physiology，136：2700-2709，2004)。Goffmant等(Goffmant FD et al.Plant Physiology，138：2269-2279，2005)发现，光照不仅可促进油菜 种子光合产物转化成贮藏物质的合成代谢效率，同时也提高了胚的生长速度。 Li等(Li YH et al.Phytochemistry，67：904-915，2006)发现，拟南芥在600lmol m-²s-¹光照强度下生长较在100lmol m-² s-¹生长其单粒种子重量和单粒种子积累的 油脂含量都有所增加。这些研究结果都显示，光照对油菜、大豆等油料作物种 子油脂等贮藏物质积累、产量形成具有重要作用。Ruuska等发现，在拟南芥种 子发育过程中，许多与光合作用相关的功能基因与脂肪酸合成酶系(FAS)编码 基因的表达模式相类似(Ruuska SA et al.Plant Cell.14：1191-1206，2002)，显示 其可能存在某种协同调控机制。

中国发明专利(申请号为200610058763.7)公开了一个与油脂代调控相关 的转录因子及其编码基因与应用，特别是涉及一个来源于大豆的与油脂代谢调 控相关的转录因子GmDofA及其编码基因与其在调控植物油脂代谢中的应用。该 转录因子是具有下述氨基酸残基序列之一的蛋白质：1)序列表中的SEQ ID №： 1；2)将序列表中SEQ ID №：1的氨基酸残基序列经过一至十个氨基酸残基的取 代、缺失或添加且具有转录激活功能的调控植物油脂代谢的蛋白质。该专利基 因的克隆及功能鉴定对提高和改良作物油脂成分、特别是对于提高大豆油脂成 分，培育高油脂大豆品种具有重要的理论和现实意义。