大幅增加稻米产量的方式制造技术

一种基因转殖稻米植物在其基因组中含有重组DNA构筑体，该构筑体包含第一核酸，该第一核酸具有与其天然启动子及5

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】大幅增加稻米产量的方式

技术介绍

[0001]不断扩大的人口需要增加作物产量。为了满足这一需求，近期致力于提高稻米等作物的光合作用效率上。自1960年代初至2000年，一系列目的在于提高全球农业产量的举措，亦即所谓的绿色革命，造成稻米产量大约倍增。然而，近年来产量的提升则较不引人注意。
[0002]由于超过90％的作物生物量来自光合作用，因此增加稻米等主要作物的光合作用可能会显著提高产量。
[0003]叶绿体在光合作用中发挥重要作用，也是调节植物生长、发育，以及逆境耐受性的植物激素生合成的场所。已知一对Golden 2
‑
like(GLK)转录因子基因可调节高等植物如玉米(一种C4型植物)以及稻米(一种C3型植物)中叶绿体的发育。通过演化，相较于稻米的GLK基因，来自玉米的GLK基因，特别是GLK2，可能获得更新、更强的功能。
[0004]由于玉米的光合作用比稻米更有效，将两个玉米的GLK基因转形至稻米的基因组中可能会增强基因转殖稻米植物的光合作用，进而提高稻米的产量。
[0005]最近有报导称，转形由玉米泛素启动子所控制的两个玉米GLK基因中的任何一个，特别是玉米GLK2基因，稻米的产量提高了16
‑
40％。然而，使用玉米泛素启动子，一种强组成型启动子，来驱动玉米GLK基因在基因转殖稻米中的表现导致稻米种子变小。
[0006]为了满足人口增长的需求，提高稻米产量仍是强烈的需求。

技术实现思路

[0007]为了满足不断增长的人口对粮食需求的日益增长，提供一种基因转殖稻米植物，其在其基因组中包含重组DNA构筑体，该构筑体包含第一核酸，该第一核酸具有与其天然启动子及5
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非转译区(5
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untranslated region，5
’
UTR)可操作地连接的第一Golden 2
‑
like转录因子(GLK)基因的序列，以及第二核酸，该第二核酸具有与其天然启动子及5
’
UTR可操作地连接的第二GLK基因的序列，该第二GLK基因不同于该第一GLK基因。该第一GLK基因以及该第二GLK基因都是异源的，亦即并非来自稻米，且相较于一未经转形的野生型稻米植物，该基因转殖稻米植物在枝条生物量上(65
‑
106％)及在谷物产量上(50
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95％)具有显著，亦即至少50％的增加。
[0008]还提供一种生产上述基因转殖稻米植物的方法。
[0009]进一步公开一种可用于该方法的重组DNA构筑体。该重组DNA构筑体包含第一核酸序列，该第一核酸序列包含第一GLK基因，该第一GLK基因与其天然启动子及5
’
UTR可操作地连接，以及第二核酸序列，该第二核酸序列包含第二GLK基因，该第二GLK基因与其天然启动子及5
’
UTR可操作地连接，该第二GLK基因不同于该第一GLK基因。该第一GLK基因以及该第二GLK基因来自C4植物，例如玉米。
[0010]本专利技术的数个具体实施例的细节于以下描述及附图中阐述。本专利技术的所有特征、目的，及优点将从该描述及附图，以及从所附权利要求书中显而易见。
附图说明
[0011]以下描述参照附图，其中：
[0012]图1为用于农杆菌媒介的稻米转形的五种玉米GLK构筑体的示意图，以比较它们对基因表现及植物生长与产量的影响。pUbi：泛素启动子；p35S：35S启动子；Zm：Zea mays(玉米)；pZmG1::ZmG1：玉米GLK1构筑体，具有其自身的启动子及5
’
UTR；pZmG2::ZmG2：玉米GLK2构筑体，具有其自身的启动子及5
’
UTR；HygR：潮霉素抗性基因；ZmG1：玉米GLK1基因；ZmG2：玉米GLK2基因；35ST：35S终止子；NOST：胭脂碱合成酶(nopaline synthase，nos)终止子；pro：启动子；LB：左边框；以及RB：右边框。
[0013]图2A所示为不同玉米组织中ZmG1(左)以及ZmG2(右)的相对基因表现量图，是通过分离自9天大幼苗的幼叶(YL)、2个月大植物的成熟叶(ML)，以及幼茎(S)、雄花序(T)，以及根(R)的总RNA进行定量即时聚合酶连锁反应(quantitative real
‑
time polymerase chain reaction，“qRT
‑
PCR”)来测定。数值为平均值
±
三个重复的标准差(S.D.)，并标准化为17S rRNA的表现量。
[0014]图2B所示为ZmG1(左)以及ZmG2(右)的相对基因表现量的图，是通过来自野生型(WT)以及基因转殖稻米植物的总RNA进行qRT
‑
PCR来确定。基因转殖稻米植物带有如图1所标记的转基因构筑体。从成熟的叶子(L)、茎(S)、小花(F)，以及根(R)中分离出总RNA。异基因型组合的pZmG2::ZmG2植物以及其他四种基因转殖植物的同基因型组合的植物如图所示；由于高基因表现量，该同基因型组合的pZmG2::ZmG2植物在培养两个月后死亡。数值为平均值
±
三个重复的标准差(S.D.)，并标准化为17S rRNA的表现量。
[0015]图2C包含以qRT
‑
PCR测量的WT以及基因转殖稻米植物的不同组织中OsGLK1以及OsGLK2的表现量的图。组织来源及基因转殖稻米植物如图2B的图例所述。数值为平均值
±
三个重复的标准差(S.D.)，并标准化为17S rRNA的表现量。
[0016]图2D所示为使用抗稻米及玉米GLK蛋白共有胜肽的抗体对玉米幼叶、成熟WT稻米旗叶，以及基因转殖稻米旗叶中的GLK蛋白进行的西方墨点分析。在每个泳道中加入相同量的总叶蛋白(20μg)。RbcL作为内部对照，并以玉米叶蛋白作为GLK的阳性对照。M：分子量标记。
[0017]图3A所示为4个月大的WT以及基因转殖稻米植物的照片。转基因的标记如上图1所示。
[0018]图3B为所示野生型以及基因转殖稻米植株旗叶中每叶面积的叶绿素含量的柱状图，以μg/cm2表示。图表上方所示为每叶面积的相对叶绿素含量，以相对于野生型植物的百分比表示，野生型植物设定为100％。相对于WT的统计显著性(*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001)如图所示。数据＝平均值
±
S.D.，n＝4(从三种不同植物的叶部分获得的每个样本)。
[0019]图3C为所示野生型及基因转殖稻米植物小花中每10粒的叶绿素含量的柱状图，以μg/10粒表示。构筑体及统计显著性数值如图3B的图例所示。
[0020]图3D所示为通过酶活性分析的核酮糖双磷酸羧化酶(ribulose bisphosphate carboxylase，rubisco)含量的柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基因转殖稻米植物，在其基因组中包含重组DNA构筑体，该构筑体包含第一核酸，该第一核酸具有与其天然启动子及5
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非转译区(5
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untranslated region，5
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UTR)可操作地连接的第一Golden 2
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like转录因子(GLK)基因的序列，以及第二核酸，该第二核酸具有与其天然启动子及5
’
UTR可操作地连接的第二GLK基因的序列，该第二GLK基因不同于该第一GLK基因，其中该第一GLK基因以及该第二GLK基因皆为异源的，且相较于未转形的野生型稻米植物，该基因转殖稻米植物表现至少50％增加的枝条生物量及谷物产量。2.如权利要求1所述的基因转殖稻米植物，其中该第一GLK基因以及该第二GLK基因来自C4植物。3.如权利要求2所述的基因转殖稻米植物，其中该第一GLK基因为玉米(Zea mays)GLK1，且该第二GLK基因为Zea mays GLK2。4.如权利要求1所述的基因转殖稻米植物，其中该第一核酸序列包含编码具有如SEQ ID NO:3所示的胺基酸序列的蛋白质的第一编码序列，以及该第二核酸序列包含编码具有如SEQ ID NO:6所示的胺基酸序列的蛋白质的第二编码序列。5.如权利要求4所述的基因转殖稻米植物，其中该第一GLK基因的天然启动子及5
’
UTR具有如SEQ ID NO:1所示的序列，以及该第二GLK基因的天然启动子及5
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UTR具有如SEQ ID NO:4所示的序列。6.如权利要求4所述的基因转殖稻米植物，其中该第一编码序列为SEQ ID NO:2，以及该第二编码序列为SEQ ID NO:5。7.如权利要求1所述的基因转殖稻米植物，其中相较于该未转形的野生型稻米植物，该基因转殖稻米植物的谷物产量提高50％至95％。8.一种生产基因转殖稻米植物的方法，该方法包含：将一重组DNA构筑体引入宿主稻米植物，该构筑体包含第一核酸序列，该第一核酸序列包含与其天然启动子及5
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UTR可操作地连接的第一Golden2
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like转录因子(GLK)基因，以及第二核酸序列，该第二核酸序列包含与其天然启动子及5
’
UTR可操作地连接的第二GLK基因，该第二GLK基因不同于该第一GLK基因，该第一GLK基因以及该第二GLK基因为异源的；以及鉴定基因转殖稻米植物，该基因转殖稻米植物相较于未转形的野生型稻米植物表现至少增加50％的枝条生物量及谷物产量。9.如权利要求8所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文雄，叶素瑛，林信宏，古森本，
申请(专利权)人：刘扶东，
类型：发明
国别省市：