[发明专利]基因DTX5.1及其启动子控制植物CO2吸收、提高耐旱能力和光合效率的应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，具体地，本发明涉及基因DTX5.1及其启动子控制植物CO₂吸收、提高耐旱能力和光合效率的应用。

背景技术

全球气候变暖已经成为人类面临的一个十分严峻的挑战，地球上各物种如何应对这一变化，是亟待解决的问题，植物由于本身静态的生态行为，对环境变化的适应问题显得尤为突出。导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料(如煤、石油等)，排放出大量的CO₂等多种温室气体。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的通透性，而对地球反射出来的长波辐射具有很强的吸收性，导致全球气候变暖，形成常说的“温室效应”。持续上升的大气CO₂浓度预计会对作物产量、植物生态系统和气体交换产生诸多重大的影响，也会威胁人类生存，植物是降低大气CO₂含量、减少碳排放的主要转化器，增加植物本身CO₂的感应和固定能力，造就CO₂固定的超级植物，无疑可以为应对全球气候变暖的挑战，提供值得期待的技术和基因资源储备。

CO₂既是植物光合作用的碳源，也是分子调控网络的信号，CO₂从大气到叶绿体，如果从物理学的扩散概念分析，扩散速率对光合作用有至关重要的限制作用。CO₂扩散的初级阻力主要是气孔开闭的物理阻力，进而是光合作用细胞间的阻力，包括：水溶液阻力，质膜阻力和叶绿体内外膜阻力的组合。CO₂以气相和液相形式扩散进入植物体内。液相的扩散阻力高，大多以碳酸氢盐形式与水平衡之后，由碳酸酐酶催化：CO₂+H₂O＝HCO₃^-+H⁺；气相时，CO₂从大气中直接进入叶片内部气腔区域，这一过程受表皮阻力和气孔阻力的控制；从细胞转运至光合作用羧化反应区域，则受内部扩散阻力的限制，如：细胞内空间的气相阻力、叶绿体膜阻力、细胞壁和细胞内的液相阻力。

由保卫细胞组成的气孔是CO₂进入细胞的第一道关口，也是最重要的屏障和门户，气孔的开闭决定了90％以上的CO₂能否进入碳同化中心，植物细胞如何有效吸收、固定CO₂，尤其是保卫细胞运动如何感应、介导的CO₂吸收和转运分子，一致是人们关注问题。感应和传递CO₂是气孔的固有特性，保卫细胞响应胞内CO₂浓度和碳同化效率密切相关，除此之外，气孔介导CO₂吸收和转运主要与水分运动、ABA含量、光照、Ca²⁺波动以及与此相关的信号途径有关。

植物利用CO₂是自然界CO₂可以循环的关键过程，也是维系全球生态系统不可或缺的环节，更是建立全球低碳环境、对抗全球变暖的最有效和根本保证。精确控制气孔的运动，可以加快介导CO₂进入细胞的过程，加速CO₂循环利用，同时，也可改善光合作用利用的效率、提高作物的产量。因此，精确控制气孔的运动和CO₂的感应能力是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的发明人为了解决上述问题提出并完成了本发明。

因此本发明的目的是提供发现了基因DTX5.1在植物中的新功能，进而提供了其在抗旱和提高光合效率方面的应用。

本发明的再一目的是提供上述基因的特异性启动子。

本发明的再一目的是提供包含上述基因和启动子的重组载体。

本发明的再一目的是提供一种提高植物抗旱能力、光合效率的方法。

本发明提供了基因DTX5.1在提高植物抗旱能力方面的应用。

本发明提供了基因DTX5.1在提高植物光合效率方面的应用。

本发明还提供了基因DTX5.1的特异性启动子，其特征在于，所述启动子的序列如SEQ ID No.3所示。

本发明提供了包含基因DTX5.1和上述特异性启动子重组载体。

根据本发明的提高植物抗旱能力的方法，包括过表达所述植物中基因DTX5.1的步骤。

根据本发明的提高植物光合效率的方法包括使所述植物中的基因DTX5.1失活的步骤。