[发明专利]一种可增强植物光合作用的蛋白及其编码基因和应用

说明书

技术领域

本发明属于分子生物学技术领域，涉及一种可增强植物光合作用的蛋白及其编码基因和应用。 

背景技术

由于我国的可利用性耕地资源的逐步减少，使得粮食安全成为了国家性的一个重大战略性问题，在当前报账粮食安全作为我国长期国策的背景下，如何实现粮食作物产量水平的持续提升是横贯在我国社会经济、农业科技前进道路上的一道难题。 

光合作用是决定作物产量的最重要因素之一，作物中90%以上的干重直接来源于光合作用。植物气孔（plantstomata）是植物与外界进行气体交换的重要通道，是影响植物光合作用的一个重要因素，气孔的开度和气孔的密度决定了植物光合作用的能力和效率。目前，在双子叶模式植物拟南芥（Arabidopsisthaliana）的气孔图式发育的研究中，气孔蛋白（Stomagen）/气孔蛋白前体（STOMAGEN）是唯一一个正向调控气孔生成的分泌肽类信号蛋白，通过增加植株体内气孔蛋白的数量可增加叶片的气孔密度，并且能够使植株的光合速率提高30%。 

几十年来，世界作物学家一直致力于通过改良植物气孔数目来提高粮食作物光合作用碳同化效力、培育出高光效、高水分利用率、高产量粮食作物的育种研究，当前，通过基因工程育种获得具有高气孔密度的植物品质是一种行之有效的方法，该方法中最关键的技术瓶颈问题是与气孔密度有关的相关基因的筛选与功能发现，但目前对禾本科植物气孔发育途径知之甚少，至今仍未获得突破性进展。玉米（Zea mays）是单子叶模式植物，又是世界三大粮食作物之一，研究玉米气孔蛋白基因的功能和作用机制，能够完善单子叶植物气孔图式发育的研究，为培育高光效单子叶粮食作物的遗传育种工作提供科学理论依据。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题，提供一种可增强植物光合作用的蛋白及其编码基因，以及该蛋白及其编码基因在培育高气孔密度的转基因植物中的应用。 

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 

一种可增强植物光合作用的蛋白，所述蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。 

一种编码SEQ ID NO:1所示蛋白的基因，所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示。 

含有核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示的基因的植物表达载体、表达盒、转基因细胞系或宿主菌；所述植物表达载体优选为双元农杆菌表达载体，所述宿主菌优选为农杆菌。 

优选地，所述双元农杆菌表达载体为表达载体pGSA1252。 

氨基酸序列如SEQ ID NO:1的蛋白、核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示的基因以及含有该基因的表达载体、表达盒、转基因细胞系或宿主菌在增强植物光合作用中的应用。 

一种培养高光合作用的转基因植物的方法，是将核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示的基因导入目的植物过表达，得到高光合作用的转基因植物；所述方法是通过农杆菌介导法将基因转化目的植物组织，并将转化的组织培养成植株，所述目的植物优选为玉米；该方法包括下列步骤： 

将核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示的基因克隆进植物表达载体，得到重组表达载体；再将重组表达载体转入农杆菌，制备含重组表达载体的农杆菌菌液，使用农杆菌菌液侵染目的植物组织，通过农杆菌介导法将基因转化目的植物组织，再将转化的组织培养成植株。 

本发明的基因可以用于调节植物气孔发育、增强植物光合作用，还可作为遗传标记，用于农业生产中的产品鉴定。将该基因转化目的植物后，转基因植物出现气孔增多、光合效率提高的生理特征，能够更加高效的利用二氧化碳并且耐受高浓度的二氧化碳浓度，若广泛应用，既可以增加作物的产量，又可以有效减少大气中的二氧化碳浓度，缓解温室效应带来的影响。 

附图说明

图1为转基因玉米的分子鉴定； 

图2为转基因玉米与非转基因玉米叶片下表面气孔分布； 

图3为转基因玉米与非转基因玉米ZmSTOMAGEN基因的表达量； 

图4为转基因玉米与非转基因玉米光响应曲线。 

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和本质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。 

下述实施例中使用的种子、仪器、试剂、试剂盒、载体均可从市场上购买得到； 

实施例 

1.ZmSTOMAGEN基因的克隆