[发明专利]利用糖基转移酶启动子驱动GA20ox改良纳米纤维素特性的方法

说明书

本发明涉及利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良纳米纤维素特性的方法，利用木质部特异性表达的糖基转移酶8D1启动子驱动赤霉素氧化酶GA20ox基因过量表达改变杨树木材纳米纤维素特性；其中，通过获得在杨树茎秆木质部中特异表达的启动子8D1P驱动GA20ox基因过量表达的重组载体，并将所述重组载体用于杨树的遗传转化，得到8D1P:GA20ox转基因84K杨树，达到木材纳米纤维素特性改良的目的；所述转基因杨树的木材纳米纤维素特性改良体现为纳米纤维素直径增大、纳米纤维素的长径比增大。转基因材料纳米纤维素的纤维直径更大，能显著提高纤维的机械强度，上述特性变化可以更利于制浆造纸的应用。

技术领域

本发明涉及基因工程领域，特别是涉及一种利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良纳米纤维素特性的方法。

背景技术

杨树是全世界广泛栽培的重要造林树种之一，具有分布广、生长快、无性繁殖能力强等特点，加之其速生丰产、遗传背景清楚等优势，已被广泛用作木本植物遗传研究的模式体系。我国杨树资源丰富，在最近几年，我国杨树造林面积不断扩大，已成为世界上人工林面积最大的国家。银腺杨无性系84K出苗期生长快、易于转化且木材材质好，如能改良杨树木材纳米纤维素的特性，将有利于制浆造纸中的应用。

赤霉素通过影响细胞分裂来调控植物生长和发育，包括茎伸长和木材形成等，然而目前关于赤霉素的合成途径如何影响木材纳米纤维素的特性的研究比较欠缺。树木木材纤维细胞的长径比及纤维直径大小是影响制浆造纸的重要指标。赤霉素氧化酶基因GA20ox是赤霉素代谢途径的关键调控因子，利用基因工程技术调控杨树赤霉素合成途径，对木材纳米纤维素特性影响的研究目前尚处于探索阶段。

前人在赤霉素合成基因对树木材性影响的相关研究较为有限，虽然对GA20ox的功能开展了一定的研究，发现对GA20ox过表达转基因杨树茎横切面显示出木射线大幅增加，木质部细胞宽度增加130％，可推测木质部增粗可能由于木质部分化促进，表明GA20ox表达增加可刺激形成层活动产生更多的木质部(Hyung-Woo Jeon等，2016)，初步说明了GA20ox在木材形成中的作用。但是，对于GA20ox基因如何影响木材组分结构没有研究。

因此利用基因调控杨树赤霉素合成途径是一条培育纳米纤维素特性改良的杨树新品的可行且有效的技术途径，并有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良纳米纤维素特性的方法，通过调控GA20ox表达改造杨树纳米纤维素特性，增大纳米纤维素直径，以便有利于制浆造纸应用。

为实现上述目的，本发明提供了利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良纳米纤维素特性的方法，包括利用木质部特异表达的糖基转移酶8D1启动子过量表达赤霉素氧化酶GA20ox基因改变杨树木材纳米纤维素特性。

优选地，所述杨树为84K银腺杨(P.alba×P.glandulossa)。

其中，通过获得在杨树茎秆木质部中特异表达的启动子8D1P，驱动GA20ox基因过量表达的重组载体，用于农杆菌介导的84K杨遗传转化，得到纳米纤维素特性改良的8D1P:GA20ox转基因84K杨树，以期达到木材纳米纤维素特性改良的目的；

所述转基因杨树的木材纳米纤维素特性改良体现为纳米纤维素直径增大、纳米纤维素的长径比增大。

优选地，过表达转基因植株相对于对照型植株的纳米纤维素直径增大1.5倍，纳米纤维素直径由对照组约40nm增加到约100nm。

优选地，所述糖基转移酶8D1启动子通过在杨树木质部中特异性地过量表达GA20ox促进赤霉素(GA3，GA9)及异戊烯腺嘌呤(IP)的合成，影响杨树生长，并改良杨树木材纳米纤维素特性。

本发明还提供了一种培育木材纳米纤维素特性改良的转基因杨树的方法，其包括：