[发明专利]多聚磷酸盐激酶基因ppk1在水稻中的基因工程应用

说明书

本发明公开了多聚磷酸盐激酶基因ppk1在提高水稻除磷能力中的应用，属于植物基因工程领域。本发明通过在水稻中表达多聚磷酸盐激酶基因ppk1，介导Pi转化为polyP，实现在维持水稻高磷含量的同时获得接近野生型的生物量，从而实现真正意义上的水稻强化除磷。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种多聚磷酸盐激酶基因ppk1在水稻中的基因工程应用。

背景技术

磷是地球生物系统必需的大量元素之一，它不但是许多生物大分子如核酸、磷脂和含磷蛋白酶类的重要组成部分，而且还广泛地参与到生物体内的能量转移、信号转导、光合作用等过程，它参与了所有生命循环的全过程且不可或缺。然而20世纪以来在人类活动作用下，大量沉积型的原本以磷矿石形态存在的磷经过人类、植物界、以及动物界，进入陆地并最终流向水环境。作为淡水系统中浮游生物生长的限制性因子，磷在水体中的持续存留导致了水体的富营养化。为了修复富营养化水体，利用水生植物生长同化作用除磷已被广泛应用，但通常情况下磷的含量只占植物干重的0.05-0.5％。要提高单位种植面积内磷去除的总量，一方面需要挑选“喜磷”水生植物，另一方面对现有植物进行改造，增加单位生物量中磷含量。

从污染水体除磷修复角度来看，在已经能够进行基因工程改造的植物中，禾本科的水稻具有重大的参考价值。水稻磷营养的基因工程改造主要集中在强化水稻内源磷酸盐转运蛋白(PHTs)的表达、上调起正向调控作用的转录因子的表达或者下调起反向调控作用的转录因子的表达。这些手段都能够显著提高水稻的总磷含量，但由于Pi在细胞质中过量存积导致植株发育缓慢、叶片早衰以及生物量显著降低，影响植株对磷的吸收总量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供多聚磷酸盐激酶基因ppk1在水稻中的基因工程应用。

为解决上述技术问题本发明采用如下技术方案：

多聚磷酸盐激酶基因ppk1在提高水稻除磷能力中的应用，所述多聚磷酸盐激酶基因ppk1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

作为优选，所述水稻的品种为日本晴。

表达多聚磷酸盐激酶的基因工程水稻的构建方法，包括如下步骤：

(1)将多聚磷酸盐激酶基因ppk1表达组件克隆至表达质粒，得到重组质粒；

(2)将重组质粒电转化根癌农杆菌，得到根癌农杆菌工程菌；

(3)将根癌农杆菌工程菌侵染水稻，得到稳定表达多聚磷酸盐激酶的基因工程水稻。

其中，所述多聚磷酸盐激酶基因ppk1表达组件依次包括35S启动子、SEQ ID NO.1所示多聚磷酸盐激酶基因ppk1、Nos终止子。

其中，所述根癌农杆菌为根癌农杆菌EHA105。

上述表达多聚磷酸盐激酶的基因工程水稻的构建方法构建得到的表达多聚磷酸盐激酶的基因工程水稻在本发明的保护范围之内。

有益效果：

本发明通过在水稻中表达多聚磷酸盐激酶基因ppk1，介导Pi转化为polyP，实现在维持水稻高磷含量的同时获得接近野生型的生物量，从而实现真正意义上的水稻强化除磷。

附图说明

图1最终表达载体pCAMBIA1302-35S/ppk1/Nos。

图2PPK1转基因水稻单拷贝株系(a)和双拷贝株系(b)Southern Blot检测。一个泳道代表一个待检测株系，一共28个株系，鉴定出单拷贝株系和双拷贝株系各14个

图3高磷(a)和低磷(b)条件下ppk1在单拷贝(EM2)和双拷贝(EM4)株系中表达量。