磷酸丝氨酸氨基转移酶基因在促进植物生长并提高抗盐性方面的应用制造技术

本发明专利技术提供了磷酸丝氨酸氨基转移酶基因在促进植物生长并提高抗盐性方面的应用和方法，在农业生产上具有良好的应用前景。

Application of phosphoserine aminotransferase gene in promoting plant growth and improving salt resistance

【技术实现步骤摘要】
磷酸丝氨酸氨基转移酶基因在促进植物生长并提高抗盐性方面的应用
本专利技术涉及植物基因工程
，具体涉及一种控制植物体内丝氨酸合成、促进生长并提高抗盐性基因在农业生产上应用和方法，是一种运用生物基因工程技术培育高产、抗盐植物新种质的方法。
技术介绍
L-丝氨酸(L-Serine，L-Ser)是生物体中非常重要的氨基酸。除了是蛋白质重要组成成分和在许多酶活性中心起催化作用外，L-丝氨酸还是许多细胞生命活动所必须的生物大分子，如甘氨酸、色氨酸和半胱氨酸等氨基酸合成的底物，并参与氮代谢、鞘磷脂、脂质代谢和一碳单位的代谢等，还和抗性有关。盐胁迫下植物的各种生命活动都受到不同程度的影响，主要表现为抑制植物的生长发育、破坏植物细胞结构以及影响维持植物正常生理代谢所需生物分子的合成等方面。当土壤中盐分过多时，通常会对植物造成生理干旱、离子的毒害作用、破坏正常代谢。植物在遭遇低温和盐胁迫等非常环境时，会启动多种调节响应措施来应对不利影响，例如，细胞内增加可溶性糖、氨基酸等物质的含量以增加细胞的吸水能力，调动酶促和非酶促系统以清除积累的活性氧等。有研究显示植物在盐胁迫环境下存在L-Ser积累，拟南芥PSP1和PGDH1基因的启动子序列分析显示有很多非生物胁迫特异性的序列存在。在拟南芥中过表达一个来自一种藻的PGDH基因可以提高其抗盐和抗冷性，但在研究中未解释丝氨酸或是这个基因如何影响了植物的抗性。
技术实现思路
目前的研究表明，在大部分有机体中，L-Ser主要通过磷酸化途径合成。但是在植物中，L-Ser合成主要由与光呼吸有关的乙醇酸途径和磷酸化丝氨酸合成途径合成。光呼吸一些最重要的反应发生在线粒体基质中导致乙醇酸合成途径中L-Ser的合成。在这些反应中，一个甘氨酸分子在甘氨酸脱羧复合体的作用下脱羧，脱氨，产生CO2、NH3，并伴随着NAD+还原为NADH。甘氨酸剩余的亚甲基转移给四氢叶酸(THF)形成亚甲基四氢叶酸，亚甲基四氢叶酸和第二个甘氨酸在丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)的作用下形成L-Ser。因此，光呼吸可以为氨基酸、核酸和蛋白质等的代谢提供一碳单位，还能为硝酸还原酶提供能量，还为很多次级代谢物的合成提供前体物质，如抗性物质甜菜碱的前体物质——甘氨酸。光呼吸与抗性密切相关。我们早期的研究显示，在浮萍和拟南芥中，过表达光呼吸途径中与丝氨酸代谢有关的酶的编码基因AtAGT可以提高其抗盐性。在植物，动物和细菌体中，磷酸化丝氨酸合成途径都被保存了下来。植物磷酸化丝氨酸合成途径发生在质体中。这条途径中涉及了三个催化反应，分别由3-PGA脱氢酶(PGDH,EC1.1.1.95)，3-磷酸丝氨酸氨基转移酶(PSAT,EC2.6.1.52)，3-磷酸丝氨酸磷酸化酶(PSP,EC3.1.3.3)所催化。前体物质3-PGA被PGDH氧化，NAD+作为辅助因子，形成3-磷酸羟基丙酮酸(3-PHP)，3-PHP又被PSAT催化生成3-磷酸丝氨酸，在这个反应中L-谷氨酸作为氨基酸供体，释放出2-酮戊二酸。最后一步是3-磷酸丝氨酸在PSP酶的催化下去鳞酸化形成丝氨酸。研究显示，磷酸化丝氨酸合成途径在植物的环境胁迫中有重要作用，但具体的抗性机制还不清楚。在本专利技术中，我们从拟南芥中克隆出磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因，通过植物表达载体转入植物中，发现它不仅可以诱导植物体内源丝氨酸和甘氨酸过量合成，促进植物的生长，生物量提高而且抗盐性也有提高。这种转基因技术可能在农业生产上具有良好的应用前景。因此，本专利技术提供的技术方案如下。磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因在促进植物生长和/或提高植物抗盐性方面的应用。其中，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因提取自拟南芥，编码序列为Genebank中At4g35630全长序列，如SEQIDNO：1所示。不同植物体中具有相同的磷酸化丝氨酸合成途径，三个催化反应过程并不具有实质性差异，磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因可以不限于拟南芥这一特定植物；另外，物种间差异使得磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因存在相似性序列变体，不影响磷酸化丝氨酸合成途径的本质改变，因此本专利技术AtPSAT1基因包括At4g35630序列的保守性变体，优选的保守性变体具有与At4g35630序列80％、90％、95％、98％以上的同源性。其中，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因由强启动子启动。强启动子对RNA聚合酶有很高亲和力，能指导合成大量的mRNA，本专利技术强启动子通过高表达AtPSAT1基因促进丝氨酸催化合成从而促进丝氨酸积累，强启动子可以根据不同表达载体以及感受态细胞的表达需要选取，本专利技术优选为CaMV35S强启动子。其中，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因至少通过下述途径发挥作用：提高用于合成与调节细胞渗透作用相关的次级代谢物及其前体物质的含量。所述与调节细胞渗透作用相关的次级代谢物包括甜菜碱、脯氨酸，所述前体物质包括甘氨酸，2-酮戊二酸、谷氨酰胺。本专利技术还提供了一种促进植物生长和/或提高植物抗盐性的方法，将磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因转入植物细胞中高表达。其中，所述方法包括，构建磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因的植物表达载体，将植物表达载体转染植物细胞。所述植物表达载体的构建方法包括：(1)提取AtPSAT1目的基因；(2)将AtPSAT1目的基因构建至TA克隆载体(本专利技术为simple-T载体)；(3)将AtPSAT1目的基因自TA克隆载体转移至植物表达载体(本专利技术为pCAMBIA1301)中，植物表达载体上具有能够启动AtPSAT1目的基因高表达的强启动子(CaMV35S)。也可以通过基因重组、人工合成等方法，首先将强启动子与AtPSAT1目的基因连接，再转入克隆载体或植物表达载体中，所用手段采用常规方法即可实现。所述植物表达载体转染植物细胞采用农杆菌介导法完成。本专利技术还提供了一种能够促进植物生长和/或提高植物抗盐性的表达载体，所述表达载体含有磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因。其中，所述表达载体上具有能够启动AtPSAT1目的基因高表达的强启动子，优选为CaMV35S。所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因提取自拟南芥，编码序列为Genebank中At4g35630全长序列，如SEQIDNO：1所示。所述AtPSAT1基因还包括At4g35630序列的保守性变体，优选的保守性变体具有与At4g35630序列80％、90％、95％、98％以上的同源性。其中，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因至少通过下述途径发挥作用：提高用于合成与调节细胞渗透作用相关的次级代谢物及其前体物质的含量。所述与调节细胞渗透作用相关的次级代谢物包括甜菜碱、脯氨酸，所述前体物质包括甘氨酸，2-酮戊二酸、谷氨酰胺。本专利技术的基因方法能够有效促进植物正常及其抗盐性能力，实验证明，磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因转染的转基因植株在正常条件下的生长势、单株生物量均优于野生型植本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因在促进植物生长和/或提高植物抗盐性方面的应用。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因在促进植物生长和/或提高植物抗盐性方面的应用。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因提取自拟南芥，编码序列为SEQIDNO：1的序列或其保守性变体，优选的保守性变体具有与SEQIDNO：1序列80％、90％、95％、98％以上的同源性。


3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因由强启动子启动，优选为CaMV35S强启动子。


4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因至少通过下述途径发挥作用：提高用于合成与调节细胞渗透作用相关的次级代谢物及其前体物质的含量；所述与调节细胞渗透作用相关的次级代谢物包括甜菜碱、脯氨酸，所述前体物质包括甘氨酸，2-酮戊二酸、谷氨酰胺。


5.一种促进植物生长和/或提高植物抗盐性的方法，将磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因转入植物细胞中高表达。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括，构建磷酸丝氨酸氨基转移酶AtPSAT1基因的植物表达载体，将植物表达载体转染植物细胞。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述植物...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓芳，杨永利，张清，王勇，
申请(专利权)人：天津泰达绿化集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12