4型pepc基因油菜叶片特异性表达可行性探析'--转玉米c4型pepc

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1、4型PEPC基因油菜叶片特异性表达可行性探析'>转玉米C4型PEPC基因油菜叶片特异性表达可行性探析摘要：C4型PEPC基因导入C3植物可提高C3植物的光合能力，抑制油菜C3型PEPC基因的表达能提高油菜含油量，因此要进一步提高油菜的光合生产力和促进油脂积累，有必要在油菜叶片中特异性地表达玉米的C4型PEPC基因。通过克隆玉米、水稻和油菜的rbcS叶片特异性启动子,构建rbcS调控的玉米C4型PEPC基因叶片特异性表达载体,转化油菜获得叶片特异性高效表达的转PEPC基因植株，与原种和转玉米C4型PEPC基因油菜相比较，研究各株系PE

2、PC酶活性和光合生理表现；根、茎、叶与种子器官玉米C4型PEPC基因的表达差异；分析各株系油菜油脂和蛋白质含量、单株产量等农艺性状。通过在油菜叶片中特异性地表达玉米的C4型PEPC基因，提高油菜单叶的光合速率，促进油菜油脂积累，为油菜的高产育种提供新途径。关键词：油菜；PEPC基因；rbcS启动子；光合速率中图分类号：S634.3；Q786文献标识码：A文章编号:0439-8114(2013)22-5396-031玉米C4型PEPC基因导入油菜的意义油菜(RapeorRapeseedorCanola)是以菜子榨油为种植目的的一年生或

3、越年生草本植物，已成为四大油料作物(大豆、油菜、向日葵和花生)之一。与世界上油菜单产水平高的国家相比，中国的差距还很大，但这也说明中国油菜生产在栽培和育种技术方面还大有潜力可挖。在适宜的环境条件下，田间的光能利用率可达5%,而现有光能利用率只有1.11%左右［1］,可见改善光合效率的潜力还很大。但分析现有品种的增产潜力，在叶面积指数达到9以上时，扩大叶面积指数，会引起群体内光能分布的恶化，因此在适宜的光合面积上提高单叶的光合速率，是进一步增加油菜生产能力的一条有效途径。提高植物的光合效率可能有多种途径，其中将C4光合基因PEPC导入

4、C3植物以提高C3植物的C4光合特性，取得了显著的成绩，Ku等［2］通过农杆菌介导系统，首次成功地将玉米C4光合途径的关键酶PEPC的基因导入C3植物水稻中，获得了高表达的转基因植株。已有的研究表明转PEPC基因水稻在高光照下表现出高光合能力［2-7］和耐光氧化的特性［8］。陈绪清等［9］利用基因枪转化法，获得了转玉米PEPC基因的小麦植株。大量试验表明，通过分子生物学方法可在C3植物中高水平表达C4高光效基因，C4型PEPC基因在C3植物中参与代谢，对C3植物的生理产生影响。可见通过导入C4光合基因以改良C3植物光合性能，可能是在

5、现有株型和杂种优势利用的基础上进一步提高C3植物的光能利用率，实现作物高光效育种的有效途径。本研究已成功地将来自玉米的PEPC基因导入油研9号和Westar,并获得高表达植株，通过T1代植株相关指标测定，净光合速率可提高15%左右。2玉米C4型PEPC基因在油菜叶片上的特异性表达——促进光合作用与油脂合成油菜种子蛋白质含量与油脂含量呈高度的负相关［10］,丙酮酸竣化酶是将丙酮酸进入蛋白质合成循环的关键酶，陈锦清等［11］利用反义技术抑制油菜PEPC基因表达，结果使油菜含油量显著提高，张银波等［12］利用RNAi技术抑制油菜PEPas

6、e基因的表达，使代谢流偏向油脂合成，从而提高油菜子粒中的油脂含量，汪承刚等［13］、张勇等［14］抑制种子PEPC表达，以期提高油菜种子的含油量。可见玉米C4型PEPC基因的导入可使油菜的光合生产力增加，但组成型启动子使外源PEPC基因在转基因植株中不同组织都表达，不利于油菜在种子中油脂的积累。植物叶片是主要的光合器官，在能量的固定和利用中起着十分重要的作用，而PEPC是C4光合途径中的关键酶之一，在叶片中最初固定C02的酶，因此在叶片中特异性地表达玉米C4型PEPC基因，既有利于提高油菜叶片的光合能力，又有利于在油菜种子中合成油脂

7、。3构建玉米C4型PEPC基因叶片特异性的表达载体许多叶片特异表达的基因产物都参与光合过程，叶片特异表达启动子对相应基因表达的调控机理具有重要的理论意义和应用价值。关于叶片特异表达启动子rbcS(Thesmal1subunitsofribulose1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase)Cab(Chlorophylla/bbindingprotein)、PNZIP(Pharbitisn订leuzipper)等的研究较多，也证实了可驱动外源基因在叶片特异表达的功能。①rbcS基因启动子能介导目的基因

8、在植物绿色组织特异性表达，在基因工程中的应用前景广阔［15］,刘巧泉等［16］证实水稻rbcS启动子可驱动GUS报告基因在转基因水稻植株叶片和叶鞘内的叶肉细胞中特异性高效表达；王友如［17］从浮萍基因组中克隆了一个新的rbcS基因启动