[发明专利]一种提高棉花生物学产量的分子育种方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种提高棉花生物学产量的分子育种方法，属于生物技术领域。更具体的说，本发明涉及携带棉花蔗糖合酶cDNA的转化载体和转化菌株，以及制备具有提高生物量和/或种子产量的转基因植物的方法。

二、背景技术

蔗糖合酶普遍存在于微管植物中并且催化可逆反应：蔗糖 + 二磷酸尿苷 ?二磷酸尿苷葡萄糖 + 果糖。尽管反应是可逆的，但普遍认为蔗糖合酶的主要功能是分解蔗糖，为多糖的合成提供前体，如为细胞壁合成提供底物和合成淀粉（Mccollum等人，1988，Journal of the American Society for Horticultural Science 113，399~403）。由于蔗糖合酶具有分解和合成蔗糖的双重属性，因此在碳代谢中处于核心地位。其反应底物（蔗糖）和产物（二磷酸尿苷葡萄糖）均涉及碳的分配与传导。

由于在蔗糖代谢中的核心作用，蔗糖合酶在植物中得到了广泛的研究（Koch等人，1996，Journal of Experimental Botany 47，1179~1185）。它首先由Leloir和Cardini发现在小麦胚芽中催化一个可逆的蔗糖剪切反应（Leloir和Cardini，1953，Journal of the American Chemical Society 75，6084~6084）。然后Turner和Turner提出了蔗糖合酶可能为淀粉的生物合成提供底物（Turner和Turner，1957，Australian Journal of Biological Sciences 10，302~305）。Delmer承担了第一个绿豆中蔗糖合酶的纯化和定性工作，揭示了蔗糖合酶是一个同源四聚体，并且每个亚基约为94kD（Delmer，1972，Journal of Biological Chemistry 247，3822~3828）。动力学数据显示二磷酸尿苷是蔗糖合酶最好的底物。从那时起，来源于各种植物的蔗糖合酶基因被克隆、作图以及测序；同时它们的蛋白被纯化。

Nolte利用免疫标记在玉米和柑橘中清楚的证明了蔗糖合酶存在于所有被检测韧皮组织的伴胞内，与中脉组织中的一样。这些细胞直接参与蔗糖的装卸（Nolte等人，1993，Plant Physiology 101，899~905）。之后的研究工作也显示了蔗糖合酶存在于粘附在筛管壁的细胞质薄膜层上（Wachter等人，2003，Plant Physiology 133，1024~1037）。撇开蔗糖合酶已知的在呼吸作用中的功能，这些结果暗示了蔗糖合酶在蔗糖从外质体装载时能量需求中起作用，还有淀粉储存和胼胝质生物合成中起作用。前人在棉花中利用免疫定位的方法证明了蔗糖合酶蛋白高水平的存在于发育着的珠心组织中；邻近珠被中；维管束中；还有快速伸长的外表皮毛，也就是开始发育的棉纤维中（Nolte等人，1995，Plant Physiology 109，1285~1293）。在授粉前的表皮层中几乎没有免疫标记存在。而授粉当天，蔗糖合酶蛋白就以一个非常快的速度在新形成的表皮毛，珠心细胞以及维管束中被检测到。授粉后一天，标记水平持续增加3~5倍。这一点清楚的证明了蔗糖合酶在棉花种子和表皮毛起始发育时的差异分布，从而得出这个酶可能在蔗糖输入和细胞壁生物合成中均起着重要作用。