【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种增加植物光合效率和生长的方法。
技术介绍
1、植物冠层中的光强度是非常动态的，并且叶片常常经历吸收辐照度水平的急剧波动。当光强度太高或增加过于快速而使光化学不能利用吸收的能量时，几种光保护机制被诱导以保护光合天线复合物免于过度激发。光合系统ii(psii)天线复合物中的过量激发能量通过可诱导的保护过程而被作为热量无害地消散，这是可观察到的并且通常被称为叶绿素荧光非光化学猝灭(npq；等人，plant physiol.第125卷，1558-1566,2000)。npq变化可以很快但不是瞬时的，因此滞后于吸收辐照度的波动。npq弛豫的速率比诱导速率慢得多，并且这种不对称性因长时间或反复暴露于过量光照条件而加剧。psii天线从猝灭状态到非猝灭状态的这种相对缓慢的恢复速率可能意味着光合量子产率和相关的co2固定在从高光强度变为低光强度时由npq瞬时限制。当该假设在模型模拟中测试并整合在作物冠层上时，co2固定的相应损失估计在7.5％-30％之间的范围(zhu等人，j.exp.bot.第55卷，1167-1175,2004)。基于这些计算，增加npq的弛豫速率提出了提高光合效率的可能策略，然而迄今为止尚缺乏实验证据。
2、虽然确切的npq猝灭位点和所涉及的猝灭机制的性质仍然有待阐明，但很清楚，为了使npq发生，psii相关的天线需要经历到猝灭状态的构象变化，其可以通过许多具有对比时间常数的不同机制诱导。npq在高等植物中的主要和普遍存在机制是所谓的能量依赖性猝灭(qe)。qe的诱导需要低的类囊体腔ph，并且通
3、psbs的过表达强烈影响qe形成的幅度，并且导致qe的诱导和弛豫速率增加，但是在较小的应激条件下可以与光合量子产率竞争。因此，虽然经由psbs过表达的qe增强可以在强光或快速波动条件下提供增加的光保护，但是单独的psbs过表达对co2固定和植物生长的积极效应将极大地取决于主导的光照环境。另一种npq操纵途径是修饰可逆的叶黄素色素循环。从番茄红素生物合成类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)的途径的示意图示出在图17中。玉米黄质积累与几种npq组分(qe、qz和qi)相关。通过酶紫黄质脱环氧化酶(vde)催化紫黄质在过量光下转化为玉米黄质。通过酶玉米黄质环氧化酶(zep)催化玉米黄质转化为紫黄质。具有增加的叶黄素色素库大小的拟南芥突变体显示为具有较慢的npq形成和弛豫速率，而npq的幅度未受影响。有趣的是，这些突变体和野生型对照植物中的npq形成和弛豫的速率似乎主要受叶黄素色素库的脱环氧化状态控制。nilkens等人，biochimica etbiophysica acta 1797；466–475(2010)表明，具体地，玉米黄质环氧化的动力学与npq弛豫速率强相关。因此，叶黄素循环平衡的调节速率也控制了npq形成和弛豫的速率，并且似乎在由紫黄质脱环氧化酶(vde)和玉米黄质环氧化酶(zep)进行转化的速率方面受到叶黄素库大小的影响。
4、尚不确定是否可以操纵npq以在低光照强度下利用光合量子产率来减少瞬时竞争，同时在高光照强度下保持光保护。在波动的光照条件下具有改善的量子产率和co2固定的植物可以提供改善的植物生长和作物产量。
技术实现思路
1、本公开的一个方面涉及一种具有一个或多个编码psbs、zep和/或vde的异源核苷酸序列的转基因植物。在一些实施方案中，所述核苷酸序列衍生自双子叶植物。在一些实施方案中，所述核苷酸序列衍生自拟南芥(arabidopsis thaliana)。在一些实施方案中，所述转基因植物具有一个或多个编码psbs、zep和vde的异源核苷酸序列。在一些实施方案中，psbs由seq id no:1的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，zep由seq id no:2的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，vde由seq id no:3的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，psbs由与seq id no:1具有至少90％序列相同性的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，zep由与seq id no:2具有至少90％序列相同性的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，vde由与seq id no:3具有至少90％序列相同性的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，psbs由与seq id no:1具有至少70％序列相同性的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，zep由与seq id no:2具有至少70％序列相同性的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，vde由与seqid no:3具有至少70％序列相同性的核苷酸序列编码。在一些实施方案中，psbs具有seq idno:4的氨基酸序列。在一些实施方案中，zep具有seq id no:5的氨基酸序列。在一些实施方案中，vde具有seq id no:6的氨基酸序列。在一些实施方案中，psbs具有与seq id no:4具有至少90％序列相同性的氨基酸序列。在一些实施方案中，zep具有与seq id no:5具有至少90％序列相同性的氨基酸序列。在一些实施方案中，vde具有与seq id no:6具有至少90％序列相同性的氨基酸序列。在一些实施方案中，psbs具有与seq id no:4具有至少70％序列相同性的氨基酸序列。在一些实施方案中，zep具有与seq id no:5具有至少70％序列相同性的氨基酸序列。在一些实施方案中，vde具有与seq id no:6具有至少70％序列相同性的氨基酸序列。在一些实施方案中，psbs还包含seq id no:7的保守结构域。在一些实施方案中，zep还包含seq id no:8的保守结构域。在一些实施方案中，vde还包含seq id no:9的保守结构域。在上述的一些实施方案中，植物是作物植物、模式植物、单子叶植物、双子叶植物、具有景天酸代谢(cam)光合作用的植物、具有c3光合作用的植物、具有c4光合作用的植物、一年生植物、温室植物、园艺开花植物、多年生植物、柳枝稷植物、玉米植物、生物质植物或甘蔗植物。在上述的一些实施方案中，所述植物是柳枝稷、芒草、苜蓿、甜高粱、高粱(grain sorghum)、甘蔗、能源甘蔗、象草、玉米、木薯、豇豆、小麦、大麦、燕麦、稻、大豆、油棕、红花、芝麻、烟草、亚麻、棉花、向日葵、亚麻荠(camelina)、甘蓝型油菜(brassicanapus)、埃塞俄比亚芥(brassica carinata)、芥菜(brassica juncea)、珍珠粟、小米(foxtail millet)、其他谷物、稻、油籽、蔬菜作物、饲料作物、工业作物、木本作物或生物质作物。在一些实施方案中，所述植物是烟草(nicotiana tabacum)。在一些实施方案中，所述植物是玉米(zea mays)。在一些实施方案中，所述植物是稻(oryza sativa)。在一些实施方案中，所述植物是高粱(sorghum bicolor)。在一些实施方案中，所述植物是大豆(glycin本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种产生转基因植物的方法，包含用一个或多个核苷酸序列转化植物，所述核苷酸序列编码
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述转基因植物包含一个或多个编码PsbS、ZEP和VDE的核苷酸序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其中与在相同条件下生长的对照植物相比，转基因植物中VDE、PsbS和ZEP的转录物水平增加。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是作物植物、模式植物、单子叶植物、双子叶植物、具有景天酸代谢(CAM)光合作用的植物、具有C3光合作用的植物、具有C4光合作用的植物、一年生植物、温室植物、园艺开花植物或多年生植物。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物选自：芒草、苜蓿、高粱、甘蔗、亚麻荠、谷物、油籽、蔬菜作物、饲料作物、工业作物、木本作物和生物质作物。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是柳枝稷、甜高粱、能源甘蔗、象草、玉米、木薯、豇豆、小麦、大麦、燕麦、大豆、油棕、红花、芝麻、烟草、亚麻、棉花、向日葵、甘蓝型油菜(Brassica napus)、埃塞
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是玉米(Zea mays)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是稻(Oryza sativa)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是高梁(Sorghum bicolor)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是大豆(Glycine max)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是豇豆(Vignaunguiculata)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是杨属物种(Populusspp.)或桉属物种(Eucalyptus spp.)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是木薯(Manihotesculenta)。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是大麦(Hordeumvulgare)。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是马铃薯(Solanumtuberosum)。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是甘蔗属物种(Saccharumspp.)。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是紫花苜蓿(Medicagosativa)。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与对照植物相比，VDE的转录物水平增长3倍，其中与对照植物相比，PsbS的转录物水平增长3倍，并且其中与对照植物相比，ZEP的转录物水平增长8倍，
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有增强的生长。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有增强的光合效率。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有改善的光保护效率。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有改善的量子产率和CO2固定。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是优良品系或优良株系。
24.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物还包含至少一种另外的多肽的表达，所述另外的多肽提供除草剂抗性、昆虫或害虫抗性、疾病抗性、改进的脂肪酸代谢和/或改进的碳水化合物代谢。
25.一种表达载体，其包含一个或多个核苷酸序列，所述核苷酸序列编码
26.根据权利要求25所述的表达载体，其中所述至少一个表达控制序列包含选自以下的启动子：Rbcs1A、GAPA-1和FBA2。
27.根据权利要求25所述的表达载体，其中Rbcs1A启动子驱动ZEP的表达，GAPA-1启动子驱动PsbS的表达，并且FBA2启动子驱动VDE的表达。
28.根据权利要求25所述的表达载体，其中所述表达载体是T-DNA。
29.根据权利要求25所述的表达载体，还包含编码提供抗生素抗...
【技术特征摘要】
1.一种产生转基因植物的方法，包含用一个或多个核苷酸序列转化植物，所述核苷酸序列编码
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述转基因植物包含一个或多个编码psbs、zep和vde的核苷酸序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其中与在相同条件下生长的对照植物相比，转基因植物中vde、psbs和zep的转录物水平增加。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是作物植物、模式植物、单子叶植物、双子叶植物、具有景天酸代谢(cam)光合作用的植物、具有c3光合作用的植物、具有c4光合作用的植物、一年生植物、温室植物、园艺开花植物或多年生植物。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物选自：芒草、苜蓿、高粱、甘蔗、亚麻荠、谷物、油籽、蔬菜作物、饲料作物、工业作物、木本作物和生物质作物。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是柳枝稷、甜高粱、能源甘蔗、象草、玉米、木薯、豇豆、小麦、大麦、燕麦、大豆、油棕、红花、芝麻、烟草、亚麻、棉花、向日葵、甘蓝型油菜(brassica napus)、埃塞俄比亚芥(brassica carinata)、芥菜(brassicajuncea)、珍珠粟、小米、稻或烟草(nicotiana tabacum)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是玉米(zea mays)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是稻(oryza sativa)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是高梁(sorghum bicolor)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是大豆(glycine max)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是豇豆(vignaunguiculata)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是杨属物种(populusspp.)或桉属物种(eucalyptus spp.)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是木薯(manihotesculenta)。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是大麦(hordeumvulgare)。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是马铃薯(solanumtuberosum)。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是甘蔗属物种(saccharumspp.)。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是紫花苜蓿(medicagosativa)。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与对照植物相比，vde的转录物水平增长3倍，其中与对照植物相比，psbs的转录物水平增长3倍，并且其中与对照植物相比，zep的转录物水平增长8倍，
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有增强的生长。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有增强的光合效率。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有改善的光保护效率。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中与波动光照条件下的对照植物相比，所述植物在波动光照条件下具有改善的量子产率和co2固定。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物是优良品系或优良株系。
24.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述植物还包含至少一种另外的多肽的表达，所述另外的多肽提供除草剂抗性、昆虫或害虫抗性、疾病抗性、改进的脂肪酸代谢和/或改进的碳水化合物代谢。
25.一种表达载体，其包含一个或多个核苷酸序列，所述核苷酸序列编码
26.根据权利要求25所述的表达载体，其中所述至少一个表达控制序列包含选自以下的启动子：rbcs1a、gapa-1和fba2。
27.根据权利要求25所述的表达载体，其中rbcs1a启动子驱动zep的表达，gapa-1启动子驱动psbs的表达，并且fba2启动子驱动vde的表达。
28.根据权利要求25所述的表达载体，其中所述表达载体是t-dna。
29.根据权利要求25所述的表达载体，还包含编码提供抗生素抗性的多肽的核苷酸序列。
30.根据权利要求25所述的表达载体，还包含位于所述表达控制序列和编码所述psbs、zep和vde多肽的所述核苷酸序列侧翼的左边界(lb)结构域和右边界(rb)结构域。
31.一种细菌细胞，其包含根据权利要求25至30中任一项所述的表达载体。
32.一种农杆菌(agrobacterium)细胞，其包含根据权利要求25至30中任一项所述的表达载体。
【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·朗，J·克罗姆戴克，K·格洛瓦茨卡，K·K·尼由基，L·莱奥内利，S·T·加比伊，
申请(专利权)人：伊利诺斯大学理事会，
类型：发明
国别省市：
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