[发明专利]一种水稻T5H基因在培育高血清素功能性水稻中的应用

说明书

本发明提供了水稻T5H基因在不改变农艺性状的情况下增加种子中血清素含量及培育高血清素功能性水稻的应用，属于植物功能基因技术领域；以过表达T5H基因的水稻种子和野生型种子为研究对象检测成熟种子胚乳中血清素的含量，与野生型相比，在种子中过表达T5H的转基因水稻能够增加种子中血清素含量，并不对种子的生长发育和农艺表型产生影响；基因T5H在增加籽粒中血清素含量上具有潜在的应用价值，可利用分子育种技术在生产中加以利用，对培育高血清素功能性水稻具有重要的理论和实践意义。

技术领域

本发明属于功能基因技术领域，具体涉及水稻T5H基因在提高水稻种子中血清素方面的应用。

背景技术

水稻是最重要的粮食作物之一，也是作物研究的模式生物之一，其含有丰富的代谢物质。其中血清素，又称为5-羟色胺，是一种古老的化学物质，大概是数百万年前地球上第一个原核生物的生命周期的一部分，具有强大的抗氧化作用(Erland等2016)。在动物及人体中，血清素不仅在整个生命周期维持突触可塑性，而且在缓解抑郁症状、增强认知能力、控制体重和治疗胃肠疾病、戒瘾、改善经前综合征和治疗偏头痛等方面扮演着重要的角色(Lam等2010，Andrews等2015，Müllera和Homberg 2015，Coates等2017)。

1954年，5-羟色胺在中草药中被首次发现(Bowden等1954)。随后在加纳籽、菠萝和香蕉等多种植物中发现有5-羟色胺的存在，并涉及植物一系列的生理功能(Murch等2010)。在模式植物拟南芥中，外源5-羟色胺对植株体内生长素的运输造成一定的干扰，而影响根的生长，表明植物根部对5-羟色胺有所响应(Pelagio-Flores等2011)，相应的研究结果也出现在其他植物种属中(Mukherjee等2014)。5-羟色胺还调控植物的开花和形态建成等(Murch等2010，Erland和Saxena 2017)。此外，5-羟色胺作为一种重要的物质用于植物保护而进行防御和胁迫响应，如解除铵类积累毒害、防御病原体感染和响应干旱、渗透、紫外线和氧化等各种非生物胁迫(Grobe 1982，Mukherjee等2014)。近来，有研究者发现5-羟色胺能够减少水果组织的褐化、延缓果肉的氧化(Bajwa等2015)。

高等植物中，5-羟色胺的合成是色氨酸代谢的一个重要分支途径。在植物中，色氨酸脱羧酶是5-羟色胺生物合成必须的关键酶，该酶催化色氨酸的脱羧反应生成色胺，随后经5-羟色胺合酶水解生成5-羟色胺(等1999)。在水稻中，5-羟色胺能够诱导防御基因的表达和细胞死亡，增加其稻瘟病抗性，在先天免疫中发挥举足轻重的作用(Fujiwara等2010)。此外，5-羟色胺还参与水稻叶片延缓衰老(Kang等2009)。但过表达TDC基因使得血清素过量积累还会导致水稻育性降低、植株发育不良和棕褐色植株表型(Kanjanaphachoat等2012)。虽然已有相关研究表明5-羟色胺在植物抗氧化、延缓衰老、胁迫响应等生物进程中发挥关键作用，但是尚未有其作为具有功能的活性物质在水稻种子中研究。因此本发明通过水稻种子特异性启动子Gt1在水稻胚乳中特异性表达T5H基因，通过鉴定和筛选，获得高血清素转基因水稻。本发明排除了T5H基因在水稻种子中表达的不良反应，为培育高血清素功能性水稻提供相应的理论依据。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供水稻T5H基因在提高水稻种子中血清素含量的应用，首次证明了基因T5H在不改变其他农艺性状的情况下提高了水稻成熟种子中血清素含量，水稻T5H在培育高血清素水稻方面具有重要作用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种水稻T5H基因，所述水稻T5H基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。

SEQ ID NO：1：