一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因及其应用制造技术

本发明专利技术属于生物技术领域，尤其涉及一种控制番茄光合作用和光呼吸的基因及其应用。本专利所用材料，由于T‑DNA插入导致番茄叶色黄化，而且整个生长期都为黄色，是研究植物光合作用和光呼吸的理想材料，随着研究的深入，又发现该黄化性状与光呼吸也有密切的关系。因此本专利从黄叶突变体的光合作用和光呼吸出发，从生理、分子、蛋白水平上研究黄化机理，克隆鉴定了一个控制番茄光合作用和光呼吸的基因YL，核苷酸序列见SEQ ID NO.1。由于光合作用与光呼吸与蔬菜作物的产量相关，因此YL基因可以为提高蔬菜作物的产量提供一定的理论依据。

A gene controlling photosynthesis and Photorespiration in tomato and its application

The invention belongs to the field of biotechnology, in particular to a gene for controlling photosynthesis and photorespiration of tomato and its application. The material used in this patent, due to the yellow color of tomato leaves caused by the insertion of t \u2011 DNA, and the whole growth period is yellow, which is an ideal material for studying photosynthesis and photorespiration of plants. With the deepening of research, it is also found that the Yellow character is closely related to photorespiration. Therefore, this patent starts from photosynthesis and photorespiration of yellow leaf mutant, studies the mechanism of yellowness at the level of physiology, molecule and protein, and clones and identifies a gene YL controlling photosynthesis and photorespiration of tomato. See SEQ ID No.1 for nucleotide sequence. Because photosynthesis and photorespiration are related to the yield of vegetable crops, YL gene can provide a theoretical basis for improving the yield of vegetable crops.

【技术实现步骤摘要】
一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因及其应用
本专利技术属于生物
，尤其涉及一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因及其应用。
技术介绍
光合作用作为能量的来源，对于植物的生长发育和人类的生存发展来说都是至关重要的。20世纪中叶，对于光合作用光反应、暗反应机制的研究开始兴起。卡尔文(CalvinandBenson1948)等揭示了暗反应CO2的同化过程；阿农(Arnonetal1957)等揭示了光反应的光合磷酸化；SanPietro(圣·彼得罗)(Keisteretal1960)等得到与电子传递相关的铁氧还蛋白；爱默生发现光合作用的双光增益效应。这些研究成果使人们对光合作用有了全新的认识，人们通过总结前人的研究，对植物进行光合作用的基本过程有了一个基本的认识，整个光合作用过程大致可分为原初反应、电子传递(含水的光解、放氧)和光合磷酸化及碳同化三大步骤。参与光合作用的色素主要位于叶绿体内的类囊体膜上，这些色素分为两类，一类为反应中心色素，少数处于特殊状态的叶绿素a分子属于此类，它能够吸收太阳辐射的光能，又可以将光能转变为电能；另一类为捕光色素，绝大多数的叶绿素a、全部的叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素都属于此类，吸收光能，将光能传递给反应中心色素。除了色素之外，类囊体膜上也有一些蛋白复合体。PSII主要位于基粒类囊体膜上，而PSI和ATP合酶则主要位于基质类囊体膜上或者基粒类囊体的边缘。Cytb6/f复合体分布较为均匀。因此光合作用的两个光反应系统在空间上是分离的，PSII反应中心色素吸收680nm的红光，产生强氧化剂氧化水，释放质子和电子；PSI反应中心色素吸收700nm的远红光，产生强还原剂使NADP+还原。这两个光反应系统通过一系列的电子传递体串联起来进行电子传递，最终形成NADPH，在电子传递的同时形成跨类囊体膜的质子电动势，用于ATP的合成。碳同化就是利用光能转化形成的同化力ATP和NADPH，将无机物转化为有机物的过程。C3途径是碳同化的基本途径，分为羧化、还原和再生3个阶段。生成的磷酸丙糖经叶绿体内膜上的磷酸转运器与无机磷酸交换，运到细胞质中进一步合成蔗糖，当运出受阻时，可暂时在叶绿体中合成淀粉。Rubisco是植物进行碳同化的关键酶，同时也是植物体内含量最丰富的酶，是叶片中主要的蛋白质，它有8个大亚基和8个小亚基，活性部位位于大亚基上。当植物生长在CO2含量高于O2的环境中时，Rubisco表现出羧化活性，反之，Rubisco表现出加氧活性。核酮糖1,5-二磷酸羧化酶活化酶对于Rubisco的活化状态非常重要，它也是光合作用中的关键酶，促进Rubisco活性的提高，进而提高光合作用。番茄是全世界栽培最广泛的蔬菜之一，也是重要的模式植物。以番茄为研究材料，对植物的黄化等进行研究，为农作物的生产提供理论依据。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因及其应用。本专利所用材料，由于T-DNA插入导致番茄叶色黄化，而且整个生长期都为黄色，是研究植物光合作用与光呼吸的理想材料，随着研究的深入，又发现该黄化性状与光呼吸也有密切的关系。因此本专利从黄叶突变体的光合作用和光呼吸出发，从生理、分子、蛋白水平上研究黄化机理，克隆鉴定了一个控制番茄光合作用与光呼吸的基因YL。由于光合作用与光呼吸与蔬菜作物的产量相关，因此YL基因可以为提高蔬菜作物的产量提供一定的理论依据。本专利技术是这样实现的，一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因，所述控制番茄光合作用与光呼吸的基因为YL基因，其核苷酸序列见SEQIDNO.1。进一步，所述YL基因是Rubisco大亚基的结合蛋白的α亚基。进一步，番茄材料中SHMT基因的表达影响YL基因的表达。一种如上所述的控制番茄光合作用与光呼吸的基因在番茄黄化材料检测中的应用。进一步，所述应用表现为所述YL基因缺失导致番茄黄化表型的产生。进一步，所述应用表现为所述YL基因缺失伴随番茄材料中叶绿素和可溶性蛋白含量的降低。进一步，所述应用表现为所述YL基因缺失伴随番茄材料中Rubisco羧化酶活性的降低。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本申请以番茄黄化突变体yl为材料，它是在转基因系中发现的一株黄化突变体。通过对突变体的突变原因、遗传规律、光合特性进行研究，克隆突变基因并对其进行功能鉴定，从植物生理、遗传和分子水平初步探讨yl突变体的突变机理，为yl突变体在番茄光合生理、功能基因组学研究和生产等方面提供一定的理论依据。番茄是全世界栽培最广泛的蔬菜之一，也是重要的模式植物。叶色突变体作为一种性状非常明显的突变体，是研究植物光合系统及调控机制的理想材料，目前，番茄叶色突变体的研究较少。本专利以T-DNA插入yl突变体为材料，运用hiTAIL-PCR方法分离到T-DNA的右翼序列，证明该基因是Rubisco大亚基的结合蛋白的α亚基，将其命名为YL基因。从光合特性、遗传规律、突变基因的克隆及其功能分析等生理、遗传和分子水平进行研究，以初步研究yl叶色突变体的突变机理，为番茄叶色突变体在光合系统、功能基因组学研究和生产应用上奠定基础。附图说明图1是yl突变体的表型；图2是yl插入突变体T3代表型；图3是A57×yl突变纯合体F2代表型；图4是yl突变体叶绿素的含量(mg/g)；图5是叶绿体的超微结构；图6是Fv/Fm成像；图7是光响应曲线(上)和CO2响应曲线(下)；图8是yl突变体的净光合速率(上)及胞间二氧化碳浓度测定(下)；图9是yl突变体气孔数目；图10是yl突变体光呼吸的测定；图11是TAIL-PCR扩增流程图；图12是T-DNA插入位点右翼序列扩增；图13是番茄yl突变体中T-DNA插入基因组位点结构示意图；图14是T-DNA插入与yl突变体表型共分离分析；图15是不需要连接的克隆方式(LIC)载体构建方法；图16是番茄中沉默YL基因的效果；图17是YL基因的表达量检测；图18是YL组织表达谱分析；图19是pGBKT7-YL重组载体自激活检测；图20是YL与SHMT、GRX、Cpn10三个蛋白互作验证；图21是Cpn10、GRX、SHMT在yl突变体中表达分析；图22是YL蛋白与SHMT的分段互作；图23是2-D实验简要流程；图24是yl突变体2-D电泳；图25是YL蛋白的western检测。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明，各实施例及试验例中所用的设备和试剂如无特殊说明，均可从商业途径得到。此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术披露了一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因及其应用，具体如下各实施例。实施例1目标基因的发现及鉴定1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因，其特征在于：所述控制番茄光合作用与光呼吸的基因为YL基因，其核苷酸序列见SEQ ID NO.1。/n

【技术特征摘要】
1.一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因，其特征在于：所述控制番茄光合作用与光呼吸的基因为YL基因，其核苷酸序列见SEQIDNO.1。


2.根据权利要求1所述的一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因，其特征在于：所述YL基因是Rubisco大亚基的结合蛋白的α亚基。


3.根据权利要求1所述的一种控制番茄光合作用与光呼吸的基因，其特征在于：番茄材料中SHMT基因的表达影响YL基因的表达。


4.一种如权利要求1-3任一所述的控制番茄光合作用与光呼吸的基因在番茄黄化材料检测中的应用。

【专利技术属性】
技术研发人员：张余洋，叶志彪，张俊红，郑伟，张廷艳，欧阳波，卢永恩，王涛涛，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42