LPD1基因在调控植物高光胁迫抗性中的应用

本发明属于生物，具体涉及lpd1基因在调控植物高光胁迫抗性中的应用。

背景技术：

1、光呼吸通路是植物体内的仅次于光合通路的第二大代谢流，其对植物正常生长发育至关重要。光呼吸通路起始于二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(rubisco)，而这种酶无法区分co2和o2。当rubisco发生羧化反应时，得到的两分子3-磷酸甘油酸(3-pga)直接进入卡尔文循环；而当rubisco发生加氧反应时，会得到一分子3-pga和一分子2-磷酸乙醇酸(2-pg)。后者会抑制光合过程的几种关键酶，例如三磷酸异构酶和磷酸果糖激酶，所以对植物细胞具有毒害作用。光呼吸通路可以将2-pg代谢为3-pga，并运回叶绿体。这个过程需要定位在叶绿体、线粒体、过氧化物酶体、细胞质中的多种催化酶协同合作。

2、线粒体二氢硫酰脱氢酶(mtlpd；l-protein)是吡啶核苷酸-二硫氧化还原酶家族的一种结构保守的同型二聚体黄素酶，其在需氧生物中普遍存在。在植物体内，mtlpd蛋白是线粒体中多个重要多酶复合体的组分，它们分别是丙酮酸脱氢酶复合体(mtpdhc)、2-酮戊二酸脱氢酶复合体(odhc)、2-酮酸脱氢酶复合体(bcdhc)以及甘氨酸脱氢酶复合体(gdc)。gdc的一个主要功能就是催化光呼吸中甘氨酸转变为丝氨酸(dellero,younès,etal.“decreased glycolate oxidase activity leads to altered carbon allocationand leaf senescence after a transfer from high co2 to ambient air inarabidopsis thaliana.”journal of experimental botany,vol.67,no.10,2016,pp.3149–63,doi:10.1093/jxb/erw054.)。在绿叶组织中高通量的光呼吸代谢流，gdc占据了线粒体基质蛋白的50％。在先前研究中，不管是gdc-p蛋白沉默抑制表达还是gdc-h蛋白的超表达都表明了gdc的活性是光合能力的决定因素。且timm进一步研究发现，gdc活性通过改变光呼吸代谢通量促进光合同化能力(timm,stefan,et al.“mitochondrialdihydrolipoyl dehydrogenase activity shapes photosynthesis andphotorespiration of arabidopsis thaliana.”plant cell,vol.27,no.7,2015,pp.1968–84,doi:10.1105/tpc.15.00105.)。

3、在拟南芥中，mtlpd由两个基因编码分别是mtlpd1和mtlpd2，但其遗传功能尚不清楚。在遗传学水平上，探究mtlpd在光呼吸中发挥的功能，有助于提高光呼吸在改良作物品质、产量和抗逆性方面的应用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了lpd1基因在调控植物高光胁迫抗性中的应用，本发明研究发现植物lpd1基因编码的光呼吸蛋白对植物高光胁迫抗性的影响，能够用于改良植物高光胁迫下的抗逆性。

2、本发明首先提供了lpd1基因在调控植物高光胁迫抗性中的应用，所述lpd1基因的核苷酸序列如seq id no.1所示。

3、本发明又提供了lpd1蛋白在调控植物高光胁迫抗性中的应用，所述lpd1蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。

4、所述植物为双子叶植物。优选所述植物为拟南芥。

5、本发明又提供了一种提高植物高光胁迫抗性的方法，包括以下步骤：

6、(1)利用基因突变技术导致lpd1基因的缺失，使其mrna无法表达，从而构建高光抗性异常的植物模型；

7、(2)将lpd1基因导入受体植株中，培育得到功能获得性的转基因植株；所述受体植株为因缺失lpd1基因引起高光抗性异常的植物。

8、所述植物为双子叶植物。优选所述植物为拟南芥。

9、本发明还提供了一种筛选具有强高光胁迫抗性植株的方法，通过检测植株中lpd1基因的表达量高低，保留表达量高的植株为具有强高光胁迫抗性的植株。优选所述植株为拟南芥植株。

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

11、(1)本发明首次公开lpd1基因编码的光呼吸蛋白对植物高光胁迫抗性的影响，lpd1基因的突变造成其突变体植物在高光胁迫下抗逆性下降。

12、(2)本发明为加深光呼吸的功能研究及植物高光胁迫抗性的研究和应用提供了新的基因资源及理论指导。

技术特征：

1.lpd1基因在调控植物高光胁迫抗性中的应用，其特征在于，所述lpd1基因的核苷酸序列如seq id no.1所示。

2.lpd1蛋白在调控植物高光胁迫抗性中的应用，其特征在于，所述lpd1蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。

3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述植物为双子叶植物。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述植物为拟南芥。

5.一种提高植物高光胁迫抗性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述植物为拟南芥。

7.一种筛选具有强高光胁迫抗性植株的方法，其特征在于，通过检测植株中lpd1基因的表达量高低，保留表达量高的植株为具有强高光胁迫抗性的植株。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述植株为拟南芥植株。

技术总结
本发明公开了LPD1基因在调控植物高光胁迫抗性中的应用。所述LPD1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明首次公开LPD1基因编码的光呼吸蛋白对植物高光胁迫抗性的影响，LPD1基因的突变造成其突变体植物在高光胁迫下抗逆性下降。本发明为加深光呼吸的功能研究及植物高光胁迫抗性的研究和应用提供了新的基因资源及理论指导。

技术研发人员：刘军,潘荣辉
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13