本技术探讨了水稻Os-ER-ANT1基因在调节水稻光合作用中的作用。该基因的核苷酸序列和编码的氨基酸序列分别在SEQ IDNo.1和SEQ IDNo.2中给出。通过利用这一基因,可以优化水稻的光合作用效率,进而提高作物产量和抗逆性。
背景技术
水水稻产量受多种因素的影响,其中包括有效穗数、每穗粒数和千粒重。与此同时,水稻的光合作用效率也是影响产量的重要因素,然而光合作用过程中存在的光呼吸作用通常被认为会消耗能量并降低碳同化效率。尽管如此,光呼吸在植物适应环境变化方面也具有保护性作用,如减缓光抑制、快速适应低CO2
环境、促进氮同化,以及耦合氨基酸代谢等。
光呼吸是一个复杂的代谢过程,涉及叶绿体、过氧化物酶体、线粒体等多个细胞器。在此过程中,核糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是主要参与的酶,其在CO2
条件下催化核糖-1,5-二磷酸的羧化反应生成3-磷酸甘油酸(3-PGA),而在氧气条件下发生加氧作用生成3-PGA和2-磷酸乙醇酸(2-PG)。光呼吸将2PG转化为3-PGA的过程伴随能量消耗,但也可通过氨基酸代谢与光呼吸产生的甘氨酸和丝氨酸相互作用,耦合氮同化,从而发挥重要的生理作用。
内质网(ER)在光呼吸代谢中也起到关键作用,ER定位的ATP/ADP转运蛋白(Os-ER-ANT1)被认为可以向ER提供ATP。拟南芥和水稻中的Os-ER-ANT1缺失突变体在空气中表现出典型的光呼吸表型,如生长受抑或呈现矮小表型,但在高CO2条件下能够正常生长。此外,拟南芥er-ant1突变体由于甘氨酸脱羧酶(GDC)受抑导致甘氨酸积累,从而对植物发育产生不良影响,但这种甘氨酸积累并非其矮化表型的唯一原因。有研究表明,内质网在光呼吸代谢中具有重要作用,但Os-ER-ANT1具体的生理功能和其对氨基酸代谢的影响尚不完全清楚。
光呼吸通路中的关键酶步骤分布于多个亚细胞器,氨基酸代谢在各细胞器间的代谢联系中扮演了重要角色。然而,Os-ER-ANT1在连接光合作用与氨基酸代谢方面的作用仍不明确。
本研究通过在空气、升高CO2
条件下以及从高CO2
向空气过渡时对水稻er-ant1突变体的氨基酸代谢进行全面分析,揭示了ER-ANT1在光呼吸条件下可能参与氨基酸代谢的潜在机制,为理解内质网ATP/ADP转运蛋白在水稻光呼吸和氨基酸代谢中的作用提供了新的见解。本发明涉及一种调节氨基酸代谢的水稻基因Os-ER-ANT1,为水稻氨基酸代谢的遗传改良提供新的基因资源,有望可用于培育具有高光合效率和高产量的水稻新品种。
实现思路