[发明专利]一种威氏海链藻TwPEPC1基因及应用和培育高产水稻的方法

说明书

本发明提供了一种威氏海链藻TwPEPC1基因以及应用和培育高产水稻的方法，属于植物基因工程技术领域，所述威氏海链藻TwPEPC1基因的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。本发明提供的威氏海链藻TwPEPC1基因具有提高水稻产量的作用，克服了双细胞C₄植物来源的C₄基因对花环型结构的依赖。实验结果表明，威氏海链藻TwPEPC1基因在水稻中获得了表达，转基因植株相对于原水稻植株，PEPC酶的活性提高了2～3倍，光合作用速率有明显的提高，产量具有明显提升。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，尤其涉及一种威氏海链藻TwPEPC1基因以及应用和培育高产水稻的方法。

背景技术

随着人口的增长，人类对食物的需求总量持续上升，而耕地面积却因为城镇化而减少，这就要求农作物具有更高的单产(Surridge，2002)。C₄植物比C₃植物具有更高的光合作用效率，更大的生物合成量，更高的NUE和WUE以及更广泛的适应性，但大部分重要农作物如水稻、小麦、马铃薯和大豆都是C₃植物(Von Caemmerer，2003)。因此利用转基因技术在C₃作物内表达C₄相关基因(特别是PEPC)也是提高C₃作物产量的潜在策略之一(张启发，2009；Hibberd et al.，2008；Zhu et al.，2010a；Zhu et al.，2010b)。

虽然大部分C₄植物都是具有花环型结构，C₄核心代谢途径是在叶肉细胞和维管束鞘细胞中完成，但是也有研究发现在有些生物中，如威氏海链藻(Thalassiosiraweissflogii)和轮叶水草(Hydrilla verticillata)。威氏海链藻(Thalassiosiraweissflogii)是威氏海链藻的一种，分类上属于海链藻属。威氏海链藻每年的碳固定大约占海洋无机碳固定量的25％以上，达到1x10¹⁶克(Granum et al.，2005)。PEPC的酶活抑制剂3，3－二氯－2－二羟基磷酸甲基－2－丙烯醇(DCDP)将极大降低威氏海链藻光合效率，高浓度CO₂和低浓度O₂可恢复其光合效率，而在C₃型威氏海链藻Chlamydomonas中却观察不到这种变化。越来越多的研究结果显示威氏海链藻确实具有CCM机制和C₄型光合生理特性(Reinfelder et al.，2000)。轮叶水草(Hydrilla verticillata)是一种淡水水生植物，原产于东南亚。轮叶水草是一种可诱导、单细胞和无“花环”结构的C₄植物。在短日照和低温的条件下，轮叶水草所表现的是一种经典的C₃型生物；但是当生活条件变成低浓度可溶性CO₂或者高温下，轮叶水草就诱导出CCM机制，具有典型C₄植物的生理生化特性(Reiskind J Bet al.，1997)。在低浓度可溶性CO₂和高温条件下，与C₄相关的重要酶类的活性，如PEPC，NADP-ME和PPDK，得到了10至16倍的增加，天冬酰胺和丙氨酸氨基转移酶也得到了快速的诱导(Salvucci and Bowes，1981；Magnin et al.，1997)。