[发明专利]类胡萝卜素合成相关基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物学领域，具体地说，本发明涉及类胡萝卜素合成相关基因及其应用，具体地涉及CYP97A4基因，该基因参与植物在强光胁迫条件下的光保护、捕光复合物II的三聚体装配及稳定等作用。本发明还公开了所述基因及其所编码的蛋白酶的用途，尤其是在植物品种改良和杂交育种中用于改变植物的光保护性质。

背景技术

类胡萝卜素属于四萜化合物，在自然界中广泛存在于光能自养生物。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素两大类，前者是只含有碳和氢原子的多烯烃，后者是前者的含氧衍生物。根据含量的高低，植物叶片中主要的类胡萝卜素成分是叶黄质(lutein)，β-胡萝卜素(β-carotene)、紫黄素(violaxanthin)与新黄素(neoxanthin)。其中，叶黄质(Lutein)作为叶片器官中含量最高的类胡萝卜素，对于光合系统捕光复合体亚基的装配、稳定型维持以及光保护起到非常重要的作用。

由于类胡萝卜素种类的多样性与复杂性，多种多样的蛋白酶参与到合成代谢与分解代谢中。因此，为了有效地、有针对性地改变植物品种，本领域迫切需要开发与类胡萝卜素合成有关的编码基因、蛋白及其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与类胡萝卜素合成相关的基因及其应用。

本发明的另一目的是提供所述基因编码的多肽及其用途。

本发明的另一目的是提供一种改变植物中类胡萝卜素组成成分的比例或含量、或提高植物抗强光胁迫的能力的方法。

在本发明的第一方面，提供了一种分离的CYP97A4多肽或其编码基因的用途，所述用途任选自下组：

(1)所述CYP97A4多肽或基因用于催化β，ε-类胡萝卜素的β-环的羟化反应；和/或

(2)所述CYP97A4多肽或基因用于改变植物中类胡萝卜素组成成分的比例或含量；和/或

(3)所述CYP97A4多肽或基因用于提高植物抗强光胁迫的能力。

在另一优选例中，所述的CYP97A4多肽选自下组：

(i)具有SEQ ID NO：2氨基酸序列的多肽；

(ii)将SEQ ID NO：2氨基酸序列经过一个或几个(如1-10个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的且具有催化类胡萝卜素β-环的羟化反应功能的由(i)衍生的多肽。

在另一优选例中，所述的CYP97A4多肽的编码序列选自下组：

(1)编码如SEQ ID NO：2所述多肽的多核苷酸序列；

(2)如SEQ ID NO：1所示的多核苷酸序列；

(3)与(1)或(2)所述的多核苷酸序列互补的多核苷酸。

在本发明的第二方面，提供了一种提高植物抗高光胁迫能力，或提高植物捕光色素复合体II三聚体的装配及稳定能力的方法，所述方法包括：

提高所述植物中CYP97A4多肽的表达或活性。

在另一优选例中，所述的抗高光胁迫能力为抗光氧化胁迫的能力。

在另一优选例中，所述方法包括：

(1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有CYP97A4多肽的编码序列；

(2)将植物细胞或组织或器官与步骤(1)中的农杆菌接触，从而使表达CYP97A4多肽的DNA编码序列转入植物细胞，并且整合到植物细胞的染色体上；

(3)选择已转入CYP97A4多肽编码序列的植物细胞或组织或器官；

(4)将步骤(3)中的植物细胞或组织或器官再生成植株。

在另一优选例中，所述植物选自下组：水稻、大麦、玉米、杨树、大豆，或葡萄。

在本发明的第三方面，提供了一种提高植物中β，ε-类胡萝卜素与β，β-类胡萝卜素比例和含量的方法，所述方法包括：降低植物CYP97A4多肽的表达或活性。

在本发明的第四方面，提供了一种提高植物中α-胡萝卜素或α-隐黄质的含量的方法，所述方法包括：降低植物中CYP97A4多肽的表达或活性。

在另一优选例中，所述方法为：特异性敲除或干扰CYP97A4多肽的编码基因的表达；或特异性的抑制CYP97A4多肽的活性。

在另一优选例中，特异性敲除或干扰CYP97A4多肽编码基因的表达方式选自下组：RNA干扰法，MiRNA调控法，siRNA调控法，或其组合。

在另一优选例中，特异性抑制CYP97A4多肽的活性方法包括：表达CYP97A4的抗体或配体。