[发明专利]与光合作用相关的DNA分子及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种与光合作用相关的DNA分子及其应用，尤其涉及一种DNA分子及其应用。

背景技术

植物的光合作用是指植物利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。光合作用分为光反应和暗反应两个阶段。光反应在类囊体膜上进行，利用日光使水裂解，释放出氧气，并生成高能磷酸化合物(ATP)和还原型辅酶II(NADPH)。暗反应在基质中进行，利用光反应形成的ATP将CO₂还原为糖。最初人们根据光合作用中碳同化途经中CO₂固定的最初光合产物的不同，把高等植物分成C3植物、C4植物和景天酸(CAM)代谢途径植物。随着对植物光合途径的深入研究，人们发现一些植物既不属于C3植物，也不属于C4植物，故成为C3-C4中间型植物。这类植物大多具有不完整的Kranz结构，光呼吸要低于C3植物，在叶片中存在着较高的C4途径酶活性。菊科的黄顶菊属植株Flaveria和番杏科植物粟米草Mollugo中均发现了C3-C4中间型植物的存在。

C4植物的高光效能力与C4植物具有独特的叶片解剖结构、C4途径酶的功能和定位有着密切的关系。在叶片解剖结构方面，C4植物具有典型的“花环结构”(Kranz)，维管束的外侧具有一层近似环形整齐排列的叶肉细胞。C4植物叶片的维管束鞘薄壁细胞较大，其中含有许多较大的叶绿体，叶绿体没有基粒或基粒发育不良。而C3植物的维管束鞘薄壁细胞较小，不含或含有很少叶绿体。C4植物鞘细胞和叶肉细胞间有发达的胞间连丝，利于细胞间频繁的物质交流。C4植物中光合酶的功能和定位与C3植物不同。C4植物进化于C3植物，因此在C3植物中也存在着C4途径的各种关键酶，但在C3植物中表达水平较低而且组织特异性不同。C4途径是在两种不同的细胞中完成的，在叶肉细胞中PEPC固定CO₂，生成草酰乙酸，再还原为苹果酸，并转运到维管束鞘细胞中进行脱羧，释放出的CO₂经Calvin循环进行再固定。在CO₂浓缩和固定过程中涉及多种光合酶和转运器的参与，其中C4植物中主要光合作用酶如下：PEPC蛋白(J013001G17)、PPDK蛋白(J013134L02)、NADP-ME蛋白(J033092D06)、NADP-MDH蛋白(001-205-B06)、PPT蛋白(J033061B10)。

C4植物是从C3植物进化来的一种高光效种类，与C3植物相比，它们具有在高光强、高温及低CO₂浓度下保持高光效的能力。因此，若在C3植物中建立类似C4光合途径，将有可能实现改善C3植物的光合效率的目的。随着对植物C3和C4途径的深入研究以及植物基因工程的发展，利用转基因技术在C3植物中高效表达C4光合基因已经取得了一定的进展。

许多重要的粮食作物如水稻、小麦和马铃薯及经济作物烟草等都属于C3植物，由于光呼吸等原因，导致其光合速率一般都低于C4植物。随着世界人口的不断增多和可耕地面积的逐渐减少，合理的利用已有C4植物资源，加大开发干旱和半干旱地区资源，并通过对改善C3作物水稻使之具有C4植物的高光效特征，进而提高作物产量已成为了当务之急。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种DNA分子。

本发明提供的DNA分子由如下DNA片段依次连接构成：DNA片段1、DNA片段2、DNA片段3、DNA片段4和DNA片段5；

所述DNA片段1由驱动PEPC蛋白表达的启动子、PEPC蛋白的编码基因及终止子依次连接构成；

所述DNA片段2由驱动PPDK蛋白表达的启动子、PPDK蛋白的编码基因及终止子依次连接构成；

所述DNA片段3由驱动NADP-ME蛋白表达的启动子、NADP-ME蛋白的编码基因及终止子依次连接构成；

所述DNA片段4由驱动PPT蛋白表达的启动子、PPT蛋白的编码基因及终止子依次连接构成；

所述DNA片段5由由驱动NADP-MDH蛋白表达的启动子、NADP-MDH蛋白的编码基因及终止子依次连接构成。

所述DNA片段1、DNA片段2、DNA片段3、DNA片段4和DNA片段5中的各启动子相同或者不同；所述DNA片段1、DNA片段2、DNA片段3、DNA片段4和DNA片段5中的各终止子相同或者不同。

所述DNA片段1、DNA片段2、DNA片段3、DNA片段4和DNA片段5中的各启动子相同，所述各启动子均为CaMV35S；