[发明专利]转化水稻蔗糖转运蛋白基因OsSUT5Z提高作物产量

说明书

技术领域

本发明涉及一种转化水稻蔗糖转运蛋白基因OsSUT5Z提高作物产量，尤其涉及一种培育植株产量提高的转基因植物方法。

背景技术

绿色植物通过光合作用(Photosynthesis)制造有机物。源(Source)是产生或提供有机物的器官或组织，如功能叶。库(Sink)是消耗或积累有机物的器官或组织，如根、茎、果实、种子等。光合作用的产物主要是碳水化合物(Carbohydrate)，包括单糖(葡萄糖和果糖)、双糖(蔗糖)和多糖(淀粉)，其中以蔗糖和淀粉最普遍。碳水化合物由源产生后需要向外运输，蔗糖是大多数植物碳水化合物的主要运输形式。总的来说，蔗糖运输的方向是由源到库。

第一个和第二个蔗糖转运蛋白基因的cDNA，SoSUT1和StSUT1，均是通过在酵母(Saccharomyces cerevisiae)中的功能互补筛选出正确克隆。野生型菌株可以有效利用蔗糖，而缺失转化酶和麦芽糖通透酶的菌株在只含有蔗糖为唯一碳源的培养基上则无法生长。将截短的酵母转化酶或马铃薯蔗糖合成酶构建入该类菌株，就可以将细胞外吸收来的蔗糖在细胞内水解利用，从而可以在蔗糖为唯一碳源的培养基上生长，而这类菌株恰恰缺少从细胞外吸收蔗糖的功能。通过对这种菌株的功能互补，从而筛选出了植物来源的蔗糖转运蛋白cDNA。另外一种蔗糖转运蛋白cDNA，AtSUC5，则是通过维生素H缺陷型酵母的功能互补从拟南芥(Arabdopsis thaliana)cDNA文库中筛选出来的。他们最初的目的是想分离一个维生素H的转运蛋白，却以外地发现该蛋白是一种新的拟南芥蔗糖转运蛋白。通过SUT基因的同源性，进行异源cDNA文库的筛选或RT-PCR获得了另外一些植物的SUT cDNA。截止本研究开始，20年内发表的不同植物蔗糖转运蛋白为44个，其分离方法由cDNA文库筛选为主逐渐偏向于RT-PCR为主。本研究开始之前，所查阅的28个植物蔗糖转运蛋白基因的克隆，只有4个为通过保守区的引物设计结合RT-PCR获得，14个完全通过cDNA文库的筛选，8个则同时运用了RT-PCR和了cDNA文库的筛选(因为单一RT-PCR或cDNA文库筛选只能获得基因的部分片段)。在本研究进行期间发表的植物蔗糖转运蛋白基因，15个中仅有一个完全通过cDNA文库筛选，大多数则运用了RT-PCR。越来越多的基因组数据、EST数据以及相关分析软件的发展，使得RT-PCR法分离基因越来越占优势。

目前，籼粳杂种结实率偏低、籽粒灌浆不足在现阶段的杂交稻选育工作中是限制产量和综合品质继续提高的一个瓶颈。当前杂交稻的方向是大穗型，这样的稻种灌浆速度较一般的小穗型稻种要缓慢，容易造成灌浆不足和二次灌浆，使籽粒饱满度下降，导致瘪粒，秕粒增多，影响稻米的最终产量和外观品质。当前解决的途径主要是栽培方法上的改良，减少外部因素对水稻灌浆的不利影响，但真正从分子水平上彻底摸清此现象的机理，提出有效解决方法的研究报道还不多。

水稻的主要成分为淀粉，而淀粉的合成主要来源于长距离运输的蔗糖，因此，蔗糖运输是决定水稻产量高低与品质优劣的一个重要因素。因为从理论上来说，即使源的光合作用能够提供大量的蔗糖，生物产量高，同时库的容量大，竞争能力强，但如果蔗糖的运输不通畅，空秕率高，必然影响籽粒灌浆，不能达到高产的目的；同时，植物体内源和库是相互协调的供需关系，蔗糖从叶片中输出的快慢影响叶片的光合速率，例如，蔗糖输出慢，造成叶肉细胞中蔗糖的积累会反馈抑制光合速率。蔗糖的运输过程涉及源端蔗糖向韧皮部的装载以及库端蔗糖向库的转移，目前已经发现植物体内两种蛋白与蔗糖的跨膜运输有关，即蔗糖结合蛋白与蔗糖转运蛋白。但蔗糖结合蛋白似乎不具备将蔗糖主动跨膜运输的特征，可能不参与将蔗糖从质外体主动运载到韧皮部或库，而蔗糖转运蛋白吸收蔗糖的特点更加符合蔗糖在韧皮部的装载以及向库卸载所需的膜蛋白特征。但是，就该类蛋白对作物产量作用和影响的研究还不多见，尤其在单子叶谷物中的研究较双子叶植物更加滞后而单薄。此外，对该蛋白转基因方面的研究可资利用的数据也非常有限。

水稻基因组草图序列已经发表，为我们分离鉴定水稻重要基因提供了一个强有力的数据平台；同时，植物蔗糖转运蛋白基因的家族基因特性，预示了水稻中不只一个蔗糖转运蛋白基因；此外，植物蔗糖转运蛋白基因的高度同源性为分离该类基因提供了直接依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种培育植株产量提高的转基因植物方法。