[发明专利]高粱木质素合成调控基因SbbHLH1及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物基因工程技术领域，尤其涉及一种高粱木质素合成调控基因SbbHLH1及其应用。

背景技术

木质纤维素生物质是生物燃料的重要来源。主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。其中，纤维素和半纤维素可以被纤维素酶和半纤维素酶降解，发酵后可产生生物燃料（如乙醇、丁醇等）。而木质素不能被纤维素酶、半纤维素酶降解，并且经强酸、碱预处理后，虽然可以提高纤维素酶解效率，但其分解后产生的小分子酚类物质等产物对发酵过程还有一定的抑制作用。利用强酸、碱处理原材料，成本很高，环境污染严重，今后发展并不可取。因此，培育低木质素含量的植物新品种可以极大的减少预处理强度，降低生产成本，减少污染，增强纤维素酶的效率，提高乙醇的产量。是今后能源植物选育的重要方向之一。

利用转基因技术改良植物，将木质素含量调控基因转入植物中，以此开发低木质素、高纤维素、半纤维素含量的转基因植物新品种，用于生物能源制造是一项具有广阔应用前景的技术。

利用基因工程技术开展植物木质素合成调控方面研究已取得了较大的的进展，克隆了大量相关基因，并将这些基因转入植物中，用于进行降低木质素含量研究。一些实验表明，将植物本身以及其他生物中与木质素合成调控相关的基因转入植物中，其异源转录和翻译产物可以使转基因植物的木质素含量明显下降。

目前，已发现了一些表达改变之后能显著降低植物木质素含量的基因，其中包括木质素合成基因以及转录因子基因，转录因子之中又包括正调控和负调控因子。可通过直接阻断木质素的合成途径来降低木质素含量，也可以通过抑制某些正调控基因或者增强其他正调控基因的活性达到相同的目的。研究表明，针对不同的基因采用抑制或增强表达的策略，可以明显降低植物的木质素含量。

bHLH类转录因子是一类非常重要的蛋白质，根据序列特征可分为多种类型，已知的不同类型bHLH蛋白在植物中具有多种多样的功能，包括参与次生代谢产物的合成调控。但是高粱中bHLH基因的功能尚无研究，参与木质素合成的bHLH基因也未见报道。

发明内容

针对已有技术的不足，本发明的目的是提供一种高粱木质素合成调控基因SbbHLH1及其应用。

本发明的技术方案在于从高粱中分离得到bHLH类转录因子基因——高粱bHLH类转录因子基因SbbHLH1，然后将该基因转到高粱等植物中以获得低木质素含量植物，作为制造生物能源的原料。

本发明提供的高粱木质素合成调控基因SbbHLH1，其特征在于：所述基因cDNA的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。

本发明还提供了一种含有上述高粱木质素合成调控基因SbbHLH1的植物表达载体pSTART。

本发明所述高粱木质素合成调控基因SbbHLH1及含所述高粱木质素合成调控基因SbbHLH1的植物表达载体pSTART，在培育低木质素含量、高纤维素和半纤维素含量植物中的应用。

其中：上述植物优选是高粱或拟南芥

本发明所述的基因可广泛用于培育低木质素含量、高纤维素和半纤维素含量的植物品种。实验证实，将本发明所述基因导入植物细胞，就可以获得木质素含量较低的植物，同时伴随了的纤维素和半纤维素含量的增加（详见实施例及附图）。

为了便于对转基因植物或细胞系进行筛选，可以对本发明中优选的含有所述基因SbbHLH1的植物表达载体pSTART进行加工，如可以加入选择标记（GUS等）或者具有抗性的抗生素标记物（潮霉素、bar基因、庆大霉素等）等。事实上，任何一种可以将外源基因导入植物中表达的载体都可以应用本发明。

本发明的有益效果：利用现有的植物基因工程技术，本发明首次克隆得到了高粱木质素合成调控基因——高粱bHLH类转录因子基因SbbHLH1，并通过根瘤农杆菌介导的方法将该基因转入高粱和拟南芥，经过实验比较分析证明，转基因植株的木质素含量明显降低，且纤维素和半纤维素含量升高。预示本发明在应用于培育低木质素含量的能源植物中具有重要意义和社会及经济价值。

附图说明

图1SbbHLH1的蛋白结构及其表达特点

A:bHLH结构域位于SbbHLH1的76至128氨基酸残基；B：SbbHLH1基因在13种高粱bmr突变体中的表达情况，该基因至少在其中8种突变体中的表达量上调；C：SbbHLH1基因在高粱根茎叶中的表达分析，木质素化最强的的茎中的表达量最高。

图2SbbHLH1与其他植物中bHLH蛋白的序列同源性分析。SbbHLH1与燕麦中的Si_002720m同源性最高（92%）。