[发明专利]定点突变改造的赖氨酸合成途径关键酶基因AK2和DHPS1及其应用

说明书

本发明涉及定点突变改造的赖氨酸合成途径关键酶基因AK2和DHPS1及其应用，属于分子生物学和生物技术领域。本发明应用体外定点突变技术获得具有两个突变碱基的水稻AK2基因，以及具有一个碱基突变的水稻DHPS1基因。该AK2基因编码蛋白质是具有SEQ ID NO 4所示的氨基酸序列，该编码基因具有SEQ ID NO 3所示的核苷酸序列；该DHPS1基因编码蛋白质是具有SEQ ID NO 8所示的氨基酸序列，该编码基因具有SEQ ID NO 7所示的核苷酸序列。经过转基因水稻验证和分析，这些转基因水稻中被修饰的AK2和DHPS1基因能够有效提高水稻中赖氨酸的水平。该修饰基因可用于水稻中赖氨酸的生物强化。

技术领域：

本发明属于分子生物学和生物技术领域，具体涉及能够提高水稻中游离赖氨酸含量的改造后的AK2和DHPS1基因及其在高赖氨酸水稻材料培育中的应用。

背景技术：

水稻作为一种至关重要的粮食作物，富含淀粉和优质的稻米蛋白，为人类和家畜提供机体所需能量和蛋白。但赖氨酸含量较低，从而引起其他氨基酸的吸收受阻，进而影响稻米蛋白质的有效利用，造成食物营养组分和膳食结构的不平衡，因此赖氨酸被称为禾谷类作物中第一限制性氨基酸（Shewry, J Cereal Sci, 2007, 3(46):239-250）。尤其是在以稻米为主要食粮的发展中国家，蛋白质-能量的营养不良严重影响了人体的身体健康水平（Millward, P Nutr Soc, 1999, 58(2):249-260），因此，提高稻米中赖氨酸含量对于提高水稻营养品质至关重要。

赖氨酸作为禾谷类作物中第一限制性氨基酸，较多的研究者已尝试用多种策略来提高作物中赖氨酸的含量，主要包括传统育种技术和现代生物技术。

传统育种选育高赖氨酸种质：目前有两种方法用于高赖氨酸作物材料的选育，一是使用回交兼轮回选择法，使优良基因得以纯合、综合性状得以增强；二是通过选育高赖氨酸基因库，把不同的高赖氨酸基因混合，结合轮回选育方法加以改良（丁占生,中国农业学,2000, 33(21):80-86）。虽然采用常规育种技术来提高玉米、高粱等作物籽粒中赖氨酸含量已获得一些进展（Nelson等, Science, 1965, 3702 (150): 1469-1470; Rognes等,Planta,1983, 157:32-38），但是，在水稻等其他作物上的进展却极小。其中主要的原因有两个，一是大多数作物中缺乏高赖氨酸含量的种质资源，二是即使有高赖氨酸种质，但往往会伴随一些不良副效应的出现，如植株生长发育、产量降低和种子萌发受影响等（Zhu和Galili, Plant Cell. 2003,15: 845-853; Angelovici等, NewPhytol，2011, 189:148-159；Galili和Amir,Plant Biotechnol J,2013,11:211-222）。稻属中缺乏高赖氨酸含量的种质资源，因此用常规育种技术提高稻米的赖氨酸含量显得更为艰难 (刘巧泉等，分子植物育种，2007，5: 301-308)。