[发明专利]一种转精氨酸酶基因玉米育种方法

说明书

技术领域

本发明属于农业育种领域,具体是涉及一种转精氨酸酶基因玉米育种方法。 

背景技术

玉米(Zea maysL.)是世界上重要的粮食、饲料作物,也是现代工业的重要原料。随着工农业的发展及世界人口的增长，对玉米的需求量逐年攀升。据相关研究推测,到2020年世界玉米需求量将达到7.53亿t,届时中国玉米需求量为2.14亿t，将使玉米生产面临巨大挑战。但传统的育种方法面临着推广品种单一化，育种材料遗传基础越来越狭窄，基因库日益贫乏等问题，加之常规育种周期长，预见性差，很难使作物在产量、质量和抗性方面有大的提高。 

近年来，随着生物技术的迅速发展和不断完善，采用基因工程手段进行作物遗传育种和新种质的创造已成为可能，运用转基因技术提高作物产量的报道屡见不鲜。Dinkins等（2003）利用基因枪技术将15kDaδ-玉米醇溶蛋白基因转入大豆中,对转基因后代进行氨基酸组分分析,发现甲硫氨酸提高了12%-20%，半胱氨酸提高了15%-35%,而其他的氨基酸组分没有发生明显的变化。丁明忠等（2000）利用花粉管通道法和减压渗透法将大豆总DNA导入玉米,筛选到8个高蛋白材料,玉米种子中蛋白质含量比对照提高20%。Zheng等（1995）将菜豆种子蛋白质基因导入水稻中表达，使得转基因水稻种子总蛋白含量增加4%，赖氨酸含量也有所提高。Regierer等(2002)把修饰过的质体腺苷酸激酶基因导入马铃薯中，转基因马铃薯块茎中腺苷酸水平得到明显提高，淀粉含量增加了60%，块茎产量增加了39%。这些研究成果，为高产育种技术奠定了基础，也表明了随着转基因技术的兴起，优质、高产的良种选育技术将步入一条快速、崭新的道路。 

产量是一个较为复杂的农艺性状，受多种基因与环境的相互作用所控制其中，光合作用，氮素同化，碳源分配，植株株型等生理过程是产量形成的基础。产量性状一直是作物育种计划的主要目标性状，近年来伴随人口激增，可耕地面积减少，农业环境逐渐恶化，世界粮食安全问题愈加突出，提高作物单位面积粮食产量显得更为重要。虽然目前对产量性状分子机制的研究尚处于初步阶段(van Camp,2005)，但许多与产量形成密切相关的生理过程，如光合作用、碳源分配、淀粉合成等的分子机制已逐步被揭开。随着植物基因组测序工程的逐渐完善，控制上述生理过程的许多基因已被成功分离（表1），并通过基因工程手段对其进行遗传修饰，最终获得了产量性状得以明显改善的转基因植物。 

表1  部分产量相关基因及其功能 

Table1Parts of genes related to grain yield and their functions 

就植物产量形成的生理过程而言，籽粒产量受到源、流、库的影响，三者之间既相互促进又相互制约。许多研究分别以改善源、流、库为目标，将产量相关基因通过不同的手段导入植物，从而提高植物产量。从长远角度来看，为协调源、库矛盾，可以选择培育最优株型品种，使经济器官生长期具有较高的光合生产和物质积累能力，在保证群体叶面积指数的前提下尽可能扩大库，提高库源比。此外，提高氮素利用率和水分利用率，对提高产量同样起着重要作用(焦芳婵等,2001)。 

（1）提高源强 

作物中90%以上的生物干重直接来源于光合作用，因而光合作用是决定作物产量最重要的因素之一(Miyagawa et al.,2001;Galtier et al.,1993)。光合作用在植物源组织中将CO₂和水固定成碳水化合物，然后通过流运向库组织。源库组织之间的相对强度将决定碳水化合物和其他营养物质在植株体内的运输。提高叶片光合效率是增加源强度最直接的方法。 

①降低光呼吸