[发明专利]西瓜ClCOMT1基因及其在调控植物内源褪黑素含量中的应用

说明书

本发明公开了西瓜ClCOMT1基因及其在调控植物内源褪黑素含量中的应用，属于分子生物学技术领域。本发明通过转基因手段构建西瓜ClCOMT1过表达或基因敲除材料，调控基因ClCOMT1的表达水平或编辑其序列来研究其对褪黑素合成的调控作用；通过构建拟南芥过表达ClCOMT1植株，研究其对拟南芥中褪黑素合成的调控作用。结果发现，ClCOMT1过表达和敲除分别提高和降低了西瓜愈伤组织中褪黑素的含量；拟南芥中异源过表达ClCOMT1提高了褪黑素含量。西瓜ClCOMT1基因可用于调控植物内源褪黑素的含量，为研究植物褪黑素合成及其调控植物生长发育与抗性的分子机理奠定理论基础。

技术领域

本发明涉及分子生物学技术领域，更具体的说是涉及西瓜ClCOMT1基因及其在调控植物内源褪黑素含量中的应用。

背景技术

褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基-色胺)是生物进化中的一种保守分子，广泛存在于动物、植物和微生物中。自1995年在高等植物中发现褪黑素以来，大量研究表明，植物褪黑素在植物种子萌发、幼苗生长、形态建成、果实形成与成熟以及植物抵御低温、干旱、盐胁迫、病虫害等环境胁迫中发挥重要的调控作用。例如，外源施用适宜浓度褪黑素可以促进作物生长、提高产量和品质以及提高抗逆性。尤其是近年来植物中褪黑素受体CAND2/PMTR1的发现及其信号通路的解析，为褪黑素是一种新型植物激素提供了强有力的证据。随着植物学和农学方面的专家对褪黑素功能的关注，褪黑素在植物中的合成途径已被逐步明确，与在动物中的合成途径类似，均以色氨酸为前体，由色氨酸脱羧酶(TDC)、色胺5-羟化酶(T5H)、5-羟色胺N-乙酰转移酶(SNAT)以及N-乙酰5-羟色胺O-甲基转移酶(ASMT)参与催化合成，但植物中褪黑素合成途径更为灵活与复杂。除了一些拟南芥等模式植物，大多数作物中褪黑素合成关键基因还未被鉴定，限制了褪黑素调控机理的研究及其在分子育种的应用。

西瓜是我国乃至世界上重要的园艺作物，在我国瓜果类作物生产中占首位。据统计，全国西瓜播种面积达151.8万hm²，其中，设施栽培面积占比高达41％。由于西瓜生产周期短、见效快、效益稳，其在种植业中发展比较快，很快成为部分地区结构调整过程中的主导产业。然而，冬春低温、土壤盐碱化、旱区缺水以及连作引起的连作障碍等环境胁迫严重制约了西瓜产业的可持续发展。前人研究表明，适宜浓度外源褪黑素预处理可以提高西瓜叶片的光合作用，进而促进生长以及提高西瓜幼苗对低温、干旱、盐胁迫、枯萎病等多种不利环境的抗性。然而，关于西瓜中褪黑素合成关键基因的鉴定及其功能解析鲜见报道。鉴定西瓜中褪黑素合成关键基因，可以更加深入的研究褪黑素对西瓜蔓长、分枝、果实膨大、果皮条纹及颜色、瓤色、糖分积累等性状的调控及其机理。

因此，提供西瓜ClCOMT1基因及其在调控植物内源褪黑素含量中的应用是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了西瓜ClCOMT1基因及其在调控植物内源褪黑素含量中的应用，通过对西瓜褪黑素合成关键基因ClCOMT1的克隆以及利用转基因技术培育不同褪黑素含量的西瓜材料，在调控西瓜生长发育和逆境抗性方面，具有很好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

西瓜ClCOMT1基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

进一步，所述的西瓜ClCOMT1基因在调控植物内源褪黑素含量中的应用。

进一步，过表达所述的西瓜ClCOMT1基因在提高植物内源褪黑素含量中的应用。

进一步，敲除所述的西瓜ClCOMT1基因在降低植物内源褪黑素含量中的应用。

本发明利用西瓜和拟南芥转基因技术对西瓜ClCOMT1基因进行过表达，其分别提高了西瓜和拟南芥转基因材料中的褪黑素含量；利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对西瓜ClCOMT1基因进行定点敲除，降低了西瓜愈伤组织中的褪黑素含量。