phyB蛋白在调节植物抗高光中的应用

专利2025-04-25  8


本发明属于生物,涉及phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,具体的是拟南芥phyb蛋白或其编码基因通过调控体内抗坏血酸的合成调节植物抗高光胁迫的应用。


背景技术:

1、光照是绿色植物进行光合作用的重要的能量来源。植物依赖光进行光合作用,但是由于植物无法移动的特性,当周围环境中的光强超过植物所能利用的范围时,就会对植物本身的生长带来伤害,产生光抑制,造成φpsii降低、光合速率下降等现象。植物要想在大自然中存活就不得不去适应环境中光强和光质的急剧变化,需要适应不同的光强环境来提高光合作用的活性来进行自养生活,特别是对于生长初期的幼小植物来说,快速的适应光强更加迫切,因为它们需要快速合成光合作用系统。为应对光抑制现象,植物在进化过程中获得了一系列适应高光的措施,能够从各种不同的时间尺度,通过改变与优化各种生理、生化过程来适应外部的高光条件。植物在进化过程中进化出多种光受体来感受外界环境中光照条件的改变,从而帮助植物做出响应调节。如高光胁迫下隐花色素1(cryptochrome1,cry1)与ros的形成有关。并且crys也可以促进叶片可溶性酚类物质的积累,改善叶片对强光胁迫的响应,从而提高叶片的光合效率。cry1还通过cop1/spa1/hy5途径诱导花青素的积累来抵抗高光胁迫。高光胁迫下,向光素b(phototropin,phot b)参与植物气孔运动和ros信号传导。尽管进行了大量的工作,但植物感受过量辐照度的机制以及信息如何传递到细胞核以启动遗传反应仍然是难以捉摸的;

2、抗坏血酸是植物体中丰度极高的小分子代谢物,它在植物光保护过程发挥重要作用。首先,抗坏血酸可以直接作为光系统ⅱ的电子供体,其氧化产物单脱氧抗坏血酸(monodehydro ascorbate,mdha)可以作为光系统ⅰ的电子受体参与电子的跨膜运输,进而恢复体内氧化还原势的稳态。其次,光合电子传递过程中伴随有大量的活性氧产生,如氧气光还原过程中产生的超氧阴离子和光呼吸过程中过氧化物酶体内形成的h2o2等。抗坏血酸一方面作为底物直接参与活性氧的还原,另一方面作为一些活性氧清除剂的辅酶间接参与活性氧的清除。另外,抗坏血酸还参与到光保护的叶黄素循环过程中,紫黄质去环氧酶(violaxanthinde-epoxidase,vde)通过消耗抗坏血酸进而将过剩的光能以非光化学淬灭的叶绿素荧光释放,保护光器官。同时,抗坏血酸还是ved的辅酶。除此之外,在拟南芥抗坏血酸也可以与aba互作调节气孔响应光胁迫,并且叶片中高含量的抗坏血酸可以保持气孔的张开;

3、植物细胞中,抗坏血酸的合成发生在线粒体中,而对抗坏血酸需求最大的是叶绿体。植物中抗坏血酸的生物合成途径并不是唯一的,目前认为最早发现的l-半乳糖途径是高等植物合成抗坏血酸的主要途径。vtc2和vtc5编码的gdp-l-半乳糖磷酸化酶是此过程中的限速酶,并且与vtc5相比,vtc2贡献更大。在拟南芥中当vtc2缺失后,抗坏血酸的含量只有野生型的30%左右。研究表明vtc2对催化产物不具有严格的特异性,gdp-l-半乳糖和gdp-d-葡萄糖都可以作为其催化底物同时催化效率也没有明显的差异,因此vtc2也催化其他的途径。强光照射后拟南芥叶片中vtc2和vtc5基因表达显著提高,抗坏血酸含量也有明显的上升,这说明光可以诱导vtc2的活性。vtc2和vtc5的活性也受到茉莉酸的诱导,同时也受生物钟的调控。为此,提出了phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本发明提供phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,以解决背景技术中所提到的问题。

2、phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,具体包括拟南芥phyb蛋白或其编码基因通过调控体内抗坏血酸的合成调节植物抗高光胁迫的应用。

3、优选的,所述phyb参与植物对高光胁迫的响应过程,phyb突变体表现为光敏感表型。

4、优选的,所述phyb特异的调控了asa的l-半乳糖途径中的vtc2基因转录。

5、优选的,所述phyb在高光下调控vtc2的转录进而调控asa的合成响应高光,回补vtc2到phyb突变体内能回补phyb光敏感表型。

6、优选的,所述phyb通过调控vtc2参与调控asa的合成,在高光下phyb调控植物体内asa积累。

7、优选的,所述phyb的光敏感表型部分由于asa缺失造成,体外施用asa回补phyb光敏感表型。

8、优选的,所述phyb突变体具有asa缺失的表型,phyb突变体体内asa的合成受阻,直接影响植株的光保护机制。

9、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

10、本发明通过探索植物如何感受高光信号,调控下游asa的合成和降解响应高光胁迫的机制,发现asa含量受红光诱导,并且phyb敲除突变体表现为高光敏感性表型,asa含量也明显低于野生型,并且这种缺陷可以通过asa的喂养得到挽救,通过转录组分析发现phyb突变体内其vtc2的转录水平降低,回补vtc2到phyb中,可以恢复phyb的光敏感表型,说明在植物体内phyb通过调控vtc2的转录影响抗坏酸含量来响应高光胁迫。



技术特征:

1.phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:拟南芥phyb蛋白或其编码基因通过调控体内抗坏血酸的合成调节植物抗高光胁迫的应用。

2.如权利要求1所述phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:所述phyb参与植物对高光胁迫的响应过程,phyb突变体表现为光敏感表型。

3.如权利要求1所述phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:所述phyb特异的调控了asa的l-半乳糖途径中的vtc2基因转录。

4.如权利要求1所述phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:所述phyb在高光下调控vtc2的转录进而调控asa的合成响应高光,回补vtc2到phyb突变体内能回补phyb光敏感表型。

5.如权利要求1所述phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:所述phyb通过调控vtc2参与调控asa的合成,在高光下phyb调控植物体内asa积累。

6.如权利要求1所述phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:所述phyb的光敏感表型部分由于asa缺失造成,体外施用asa回补phyb光敏感表型。

7.如权利要求1所述phyb蛋白在调节植物抗高光中的应用,其特征在于:所述phyb突变体具有asa缺失的表型,phyb突变体体内asa的合成受阻,直接影响植株的光保护机制。


技术总结
本发明属于生物技术领域,提供了phyB蛋白在调节植物抗高光中的应用,具体为拟南芥phyB蛋白或其编码基因通过调控体内抗坏血酸的合成调节植物抗高光胁迫的应用;本发明通过探索植物如何感受高光信号,调控下游AsA的合成和降解响应高光胁迫的机制,发现AsA含量受红光诱导,并且phyB敲除突变体表现为高光敏感性表型,AsA含量也明显低于野生型,并且这种缺陷可以通过AsA的喂养得到挽救,通过转录组分析发现phyB突变体内其VTC2的转录水平降低,回补VTC2到phyB中,可以恢复phyB的光敏感表型,说明在植物体内phyB通过调控VTC2的转录影响抗坏酸含量来响应高光胁迫。

技术研发人员:朱丹,熊海波,李亚茹,常颖
受保护的技术使用者:黄河水利职业技术学院
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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