[发明专利]环境适应性转基因植物

说明书

发明领域

本发明涉及耐盐性转基因植物。具体而言，本发明涉及表达谷氨酸脱羧酶的转基因植物，以及制备这样的转基因植物的方法。

发明背景

盐度胁迫对全世界的农业产量具有不利影响，无论对于自给性还是经济性收获，生产均会受到影响。植物对盐度的应答由大量过程组成，它们必须协调发挥作用以同时减轻细胞高渗透压(hyperosmolarity)和离子不平衡。此外，作物必须能够在盐环境中实现令人满意的生物量生产。在本发明中，提供了通过植物遗传工程制备耐受环境应激的能力增强并具有所需形态学和/或农艺学特征等的植物的方法和材料。更具体而言，本发明涉及用增强植物合成谷氨酸脱羧酶的能力的基因对植物进行遗传转化，所述谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸转化为GABA从而增强植物耐受应激的能力，或赋予其它所需特征。

作为本发明的背景知识，已显示GAD酶(谷氨酸脱羧酶)催化谷氨酸形成γ-氨基丁酸(GABA)，已克隆了若干植物的GAD基因。接触到应激后植物细胞中迅速累积GABA已被文献充分证明。GAD促进谷氨酸发生脱羧反应产生GABA被认为是接触应激之后植物中累积GABA的主要来源。然而，也可通过其它代谢途径如与多胺分解代谢相关的代谢途径或通过可逆的GABA氨基转移酶反应引起的GABA旁路的一部分来生物合成GABA。用大豆子叶或芦笋细胞悬浮培养物进行的实验表明，通过谷氨酸代谢形成GABA是正常现象，GABA的生物合成并不是研究条件下对应激的应答。

然而，还显示GABA在受到机械性刺激、温度变化如冷激或热激条件时在植物中迅速累积。鉴于该背景知识，可看出已为研究植物中的GABA合成和GAD酶活性付出了诸多努力；然而，尚未表明GABA赋予植物盐度耐受性中的直接作用。本发明是本领域中的重大进步。

现有技术

耐盐性的机制

生物学家关于盐生植物(适应盐性生存环境的植物)对高浓度NaCl的耐受性不大于非盐生植物(也称为嫌盐植物或适应甜水的植物)的早期发现是所有耐盐性机制的基础(Munns 2002)。例如，从盐生植物滨藜(Atriplex spongeosa)或海滨碱蓬(Suaeda maritima)提取的酶在体外对NaCl的敏感性与从豆或豌豆提取的酶相同(Greenway和Osmond 1972；Flowers等1977)。甚至是可在高于海水10倍以上盐度下生长的粉红色盐湖藻类巴夫杜氏盐藻(Dunaliella parva)的酶对NaCl的敏感性也与最敏感的嫌盐植物相同(Munns等综述1983)。Na⁺通常在高于100mM的浓度开始抑制大多数酶。对Cl^-产生毒性的浓度的说明更少，但可能在与Na⁺相同的范围内。甚至K⁺也可在100-200mM的浓度下抑制酶(Greenway和Osmond 1972)。

因此，耐盐性的机制有两个主要类型：最大程度减少盐进入植物的机制和最大程度减少胞质中盐浓度的机制。盐生植物同时具有两种机制，它们充分地“排除”盐，但有效地将不可避免进入的盐隔离在液泡中。这使得它们能在盐性土壤中长时间生长。一些嫌盐植物也充分排除盐，但不能如盐生植物那样将吸收的其余盐有效隔离。大多数嫌盐植物排除盐的能力差，盐在蒸腾叶中聚集到毒性水平。