木薯MeChlD基因及其沉默系统与应用

本发明属于生物，具体涉及一种木薯mechld基因及其沉默系统与应用。

背景技术：

1、木薯(manihot esculenta crantz),为大戟科木薯属植物，淀粉含量丰富，应用广泛，不仅在食品行业占据重要地位，在能源、化工、医药行业占据的比重也逐渐扩大。目前人们对木薯的需求从要求数量转向要求品质，对木薯产量与品质有了更高的要求。如何培育出更优质高产的木薯品种是当前木薯研究的焦点。以提高木薯叶片光合作用作为切入点，为培育优质、高产木薯品种提供理论依据具有一定的现实意义。

2、病毒诱导基因沉默系统(vigs)是通过插入目的基因片段的重组病毒来抑制植物内源基因表达的遗传技术，目前已经广泛应用在各种作物基因功能验证上。由于热带作物生长周期长，遗传转化难度大，在基因功能鉴定存在一定的困难。而vigs能够快速鉴定基因功能，进而推动热带作物功能基因组的研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种木薯mechld基因及其沉默系统与应用。

2、本发明的第一个方面是提供一种木薯mechld基因(下文也简称“chld”、“chld基因”等)，其核苷酸序列如seq id no：1所示。

3、本发明的第二个方面是提供本发明第一个方面所述木薯mechld基因编码的蛋白。

4、本发明的第三个方面是提供一种沉默片段，其为截选自木薯megrxc3基因的特异性片段，核苷酸序列如seq id no：2所示。

5、本发明的第四个方面是提供含有本发明第一个方面所述木薯mechld基因的编码区序列重组载体或宿主菌。

6、构建重组载体的原始载体可以采用基因重组领域中常用的载体，例如病毒、质粒等。本发明对此不进行限定。在本发明的一个具体实施方式中，所述原始载体采用pcambia1302、pgadt7、pgbkt7、pet-28a等，但应当理解的是，本发明还可以采用其他质粒、或者病毒等。

7、本发明的第五个方面是提供含有本发明第三个方面所述沉默片段的重组载体或宿主菌。

8、构建重组载体的原始载体可以采用基因重组领域中常用的载体，例如病毒、质粒等。本发明对此不进行限定。在本发明的一个具体实施方式中，所述原始载体采用pcscmv-nc，但应当理解的是，本发明还可以采用其他质粒、或者病毒等。

9、优选地，所述重组载体为含有本发明第三个方面所述沉默片段的pcscmv-nc重组质粒。

10、本发明的第六个方面是提供本发明第一个方面所述木薯mechld基因、或者含有第一个方面所述木薯mechld基因的编码区的重组载体在提高原核表达菌株抗镁胁迫能力中的应用。

11、本发明的第七个方面是提供如本发明第一个方面所述木薯mechld基因、或者本发明第四个方面所述重组载体或宿主菌在调控木薯植株生长中的应用。

12、本发明第一个方面所述木薯mechld基因、或者本发明第四个方面所述重组载体或宿主菌转化木薯，能够使木薯植株矮化，且根部生长不良。

13、本发明的第八个方面是提供如本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌在调控木薯叶绿素含量中的应用。

14、本发明第一个方面所述木薯mechld基因、或者本发明第四个方面所述重组载体或宿主菌转化木薯，能够使木薯叶绿素含量降低。

15、本发明的第九个方面提供本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌在调控木薯植株生长中的应用。

16、本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌转化木薯，可使木薯幼叶颜色变浅绿且不带紫红色，叶片变薄；使新叶叶片大面积褪绿，叶片出现局部或是整体变黄现象。

17、本发明的第十个方面是提供本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌在提高rbcl基因(manes.s113700.1)表达、和/或提高chlh基因(manes.08g050600)表达、和/或降低mechld基因(manes.14g005700)表达、和/或降低chli基因(manes.17g053100)表达、和/或降低chlm基因(manes.06g126400)表达、和/或降低pepcase基因(manes.15g093700)表达、和/或降低rbcs基因(manes.13g060800)表达、和/或降低prxq基因(manes.16g091900)表达中的应用。上述各个基因的公开平台为https://phytozome-next.jgi.doe.gov/blast-search。

18、本发明的第十一个方面是提供本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌调控木薯表型、和/或木薯块根数、和/或鲜薯重、和/或木薯块根总淀粉含量。

19、本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌转化木薯，移栽到大田4个月后，vigs沉默植株mechld-2叶片仍然保留花叶或变黄的现象。

20、本发明第三个方面所述沉默片段、或者本发明第五个方面所述重组载体或宿主菌转化木薯，能显著降低木薯块根数、鲜薯重和总淀粉含量。

21、本发明的有益效果如下所示：

22、1、本发明的mechld基因为木薯光合作用过程的关键基因，能够影响木薯叶片叶绿素的合成，从而直接影响叶片的光合速率。其编码的mechld蛋白含有atp酶保守结构域(aaa+atpase domain)和vwa结构域，能够与mgpmt蛋白、prxq蛋白联动，参与植物氧化胁迫过程，从而影响木薯叶片的光合速率；

23、2、本发明的mechld基因能够提高菌株的抗镁胁迫能力；

24、3、本发明的mechld基因能够使木薯植株矮化，且根部生长不良，从而调控木薯植株生长；

25、4、截选自本发明的mechld基因的沉默片段转化木薯，能够使木薯植株叶片叶绿素总含量显著降低，叶片褪绿、植株发育不良；

26、5、截选自本发明的mechld基因的沉默片段转化木薯，能够提高rbcl基因和chlh基因表达，降低mechld基因、chli基因、chlm基因、pepcase基因、rbcs基因、prx-q基因等的表达；

27、6、截选自本发明的mechld基因的沉默片段转化木薯，移栽到大田4个月后，vigs沉默植株mechld-2叶片仍然保留花叶或变黄的现象，同时能显著降低木薯块根数、鲜薯重和总淀粉含量，这说明了mechld不仅参与光合作用(源)，还能影响木薯块根淀粉的积累(库)。

技术特征：

1.一种木薯mechld基因，其特征在于，其核苷酸序列如seq id no：1所示。

2.权利要求1所述木薯mechld基因编码的蛋白。

3.一种沉默片段，其特征在于，其核苷酸序列如seq id no：2所示。

4.含有权利要求1所述的木薯mechld基因的编码区序列重组载体或宿主菌。

5.含有权利要求3所述沉默片段的重组载体或宿主菌。

6.根据权利要求5所述的重组载体或宿主菌，其特征在于，所述重组载体为含有权利要求3所述沉默片段的pcscmv-nc重组质粒。

7.权利要求1所述木薯mechld基因、或者含有权利要求1所述的木薯mechld基因的编码区序列的重组载体在提高原核表达菌株抗镁胁迫能力中的应用。

8.权利要求1所述木薯mechld基因、或者权利要求4所述重组载体或宿主菌在调控木薯植株生长中的应用。

9.权利要求3所述沉默片段、或者权利要求5或6所述重组载体或宿主菌在调控木薯叶绿素含量、和/或木薯植株生长、和/或木薯表型、和/或木薯块根数、和/或鲜薯重、和/或木薯块根总淀粉含量中的应用。

10.权利要求3所述沉默片段、或者权利要求5或6所述重组载体或宿主菌在提高merbcl基因表达、和/或提高mechlh基因表达、和/或降低mechld基因表达、和/或降低mechli基因表达、和/或降低mechlm基因表达、和/或降低mepepcase基因表达、和/或降低merbcs基因表达、和/或降低meprxq基因表达中的应用。

技术总结
本发明提供了一种木薯MeChlD基因，核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。本发明还提供了截选自木薯MeGRXC3基因的沉默片段及其应用。MeChlD基因为木薯光合作用过程的关键基因，能影响木薯叶片叶绿素的合成，进而影响叶片净光合速率。MeChlD基因编码镁离子螯合酶亚基D，与橡胶树HbChlD，蓖麻RcChlD具有很高同源性，在木薯叶片中上调表达，定位在叶绿体上，能促进原核表达重组菌的生长，且与MeChlM，MePrxQ互作，参与光合作用。利用基因沉默VIGS技术在木薯中沉默该基因，能使木薯植株叶片叶绿素总含量显著降低，叶片褪绿、植株发育不良，影响光合作用相关基因的表达和木薯块根淀粉的积累等。

技术研发人员：蔡杰,陈松笔,安飞飞,李开绵,羊兴爱,薛晶晶,罗秀芹,欧文军,朱文丽,肖鑫辉,韦卓文,薛茂富
受保护的技术使用者：中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13