[发明专利]拟南芥丝氨酸羟甲基转移酶基因与甲酸脱氢酶基因的双表达应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及拟南芥丝氨酸羟甲基转移酶SHMT基因与甲酸脱氢酶FDH基因的植物表达载体在制备吸收甲醛能力增强的双表达转基因植物中的应用。

背景技术

甲醛（HCHO）被广泛的用于化工合成﹑工业制造、医药合成等所涉及的化学领域及其他工业领域，尤其是在化学农药及其中间体合成领域甲醛有着举足轻重的作用。现代化学农药的生产过程中不能避免的要产生大量含甲醛的农药生产废水，这些农药生产废水中普遍含有大量的甲醛以及醇、苯、酚、三聚甲醛、甲缩醛等物质，由于废水中甲醛的存在使得其处理变得十分困难。而且按照国家标准《污水综合排放标准（GB8978-1996）》规定：二级排放标准的甲醛含量不得高于2mg/L，所以含甲醛的农药生产废水要直接排放不仅不符合环保要求，并且对动植物都具有严重的危害性。由于甲醛在工业生产中的用途很广，完全的限制是不现实的，所以必须对工业生产中甲醛废水进行无害化处理。另一方面随着生活质量的不断提高装修已成为现代生活的一部分，而装修所用的材料胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等含有大量HCHO，这是因为目前生产人造板材使用的多种胶粘剂比如脲醛树脂、三聚氰甲醛、胺基甲醛树酯、酚醛树脂等多以HCHO为主要成分，所以HCHO气体成为装修房间中空气污染的主要化学物质之一。

HCHO是一种广泛存在的有毒化学物质，它可以溶于水中以液态存在，也可以挥发成为气体以气态形式存在。HCHO可以被还原为甲醇也可以被氧化为甲酸，而这三种物质对生物都具有一定的毒性。其中HCHO由于含有羰基基团因此具有较强的亲电特征，其具有十分活泼的化学性质能与各种脂类、核酸和蛋白质发生非特异性反应，并能导致生物体内各种相关物质失去生物活性。HCHO对人和动物具有较强毒性，它能导致皮肤敏感并能引起皮肤炎症；HCHO也能进入呼吸系统并引起该系统出现变态反应，通过血液循环被运输到全身引起肺部病变、肝脏器官损伤、免疫调节能力下降等。如果我们长期使用含有HCHO的水，会引发胃部不适、免疫障碍、贫血以及引起神经性病变，会对生物体产生急性或慢性的危害。如果人们暂时留在含有低剂量HCHO气体的室内时会使人产生不舒服的感觉，而长时间呼吸微量的HCHO会导致慢性呼吸道疾病，鼻咽癌、结肠癌、脑癌、月经紊乱、妊娠综合症、新生儿染色体异常、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连、白血病、青少年记忆力和智力下降等。当房间内HCHO气体浓度升高时，可刺激人眼使人流眼泪并引起咽喉不适或疼痛。而人体接触更高浓度HCHO气体可引起咳嗽、恶心或肺水肿等不良反应，如果HCHO气体浓度达到30mg/m³时可致人死亡。相对于油漆中的苯、甲苯、二甲苯、TDI、VOC等有害物质来说，甲醛具有潜伏周期长（3-15年）、隐藏深、分布广、易挥发、治理难、危害大等特性。

甲酸脱氢酶（FDH）和丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)是植物一碳代谢的两个关键酶，FDH可将甲酸氧化为CO₂，SHMT介导Gly和Ser之间的相互转换。FDH和SHMT的表达可被多种非生物胁迫诱导，在植物响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。在拟南芥甲醛代谢过程中FDH能将甲醛代谢产生的甲酸氧化为CO₂，SHMT则催化Gly和5,10-¹³CH₂-THF（四氢叶酸）的反应产生丝氨酸。FDH和SHMT的表达都受甲醛胁迫的诱导。丝氨酸（Ser）是拟南芥甲醛代谢的重要产物之一，但在烟草甲醛代谢过程没有产生Ser。本研究尝试利用PrbcS启动子在WT烟草叶片中过量表达拟南芥光呼吸途径的SHMT1产生SHMT转基因烟草，将烟草甲醛的碳代谢流引入Ser的合成，增强烟草对甲醛的抗性和吸收能力。