[发明专利]基因MsGCHI和MsADCS在提高植物叶酸含量及促进植物生长中的应用

说明书

本发明涉及生物技术领域，具体涉及基因MsGCHI和MsADCS在提高植物叶酸含量及促进植物生长中的应用。在温室条件下，转基因株系叶中叶酸及前体含量均显著高于野生型，且转基因株系叶中叶酸含量显著高于茎，茎中前体含量高于叶，说明MsGCHI和MsADCS的共表达能够显著提高百脉根中叶酸及前体含量。同时，转基因百脉根株系GA‑3的生长速度明显优于野生型，转基因百脉根株系GA‑11的分枝数和根长均显著优于野生型，说明叶酸生物强化对百脉根生长没有不利影响，且叶酸生物强化合成的内源叶酸还能促进转基因百脉根株系的生长。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及基因MsGCHI和MsADCS在提高植物叶酸含量及促进植物生长中的应用。

背景技术

叶酸(Folate)是一种水溶性B族维生素(维生素B9)，是动植物生长发育所必需的微量营养素，其作为C1单位的供体或受体，参与嘌呤、泛酸盐和蛋白质等的生物合成、还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的生成以及甲硫氨酸循环等生化途径，在动植物机体新陈代谢和生长发育过程中发挥着十分重要的作用，而人类和其他动物普遍存在叶酸摄入不足的问题。植物和微生物在体内可以合成叶酸，但人类与其他哺乳动物由于缺乏完整的生物合成系统，自身无法合成叶酸，必须依靠饮食获取，植物通常是动物主要的叶酸来源。不同食物中的叶酸含量差异较大，在动物肝脏、豆类和绿色组织中含量比较丰富，而四大粮食作物中叶酸的含量却很低，所以叶酸缺乏导致的营养不良是一个广泛而持续的世界性健康问题，叶酸摄入不足会引发各种发育缺陷和疾病，如巨幼细胞贫血症、神经管缺陷和心血管疾病等。

叶酸还被作为一种重要的饲料添加剂广泛应用于集约化和现代化的畜牧业生产中。研究发现饲料中的叶酸含量已不能满足舍饲饲养下优良畜禽品种的快速生长和高产性能的需求，因此必须通过提高牧草自身的叶酸含量或在日粮中添加叶酸辅酶和甲基供体，为动物的生长提供保证。

为解决叶酸匮乏这一问题，人们尝试了多种方法，比如调整饮食结构、添加人工合成的营养剂和食品强化。尽管人工合成的叶酸(Folic acid,FA)在一定程度上能够改善叶酸摄入不足的问题，但其弊端亦不容忽视。当前人工合成的叶酸几乎全部采用化学法生产，副反应多，且废水中含有大量的氨氮及无机盐对环境造成严重污染。此外，近年来研究表明，服用较高剂量人工合成的叶酸对人体具有一定副作用，包括基因突变导致人体叶酸代谢受损、掩盖维生素B12缺乏症状和致癌等不良影响。通过生物强化手段提高作物中的叶酸含量，是解决食物中叶酸普遍缺乏问题的有效策略。大量研究表明，GTP环化水解酶I(GCHI)与氨基脱氧分支酸合酶(ADCS)是植物叶酸合成过程中最主要的两种限速酶，二者编码基因GCHI和ADCS的共表达能够显著提高诸多转基因作物的叶酸含量。

紫花苜蓿(Medicago sativa)被誉为“牧草之王”，其营养价值高，提取物和浓缩物除含有蛋白质、维生素C、铜、锰、叶酸、核黄素、镁、铁等多种成分外，还含有生物碱、氨基酸、香豆素、消化酶和黄酮类等多种次生代谢产物。此外，研究发现目前种植的牧草中，紫花苜蓿是叶酸含量最为丰富的豆科牧草，这为研究牧草叶酸生物合成提供了良好的供体材料，发明人所在的课题组从紫花苜蓿中发现并克隆出了叶酸合成关键酶GCHI和ADCS的编码基因MsGCHI和MsADCS。

在前期研究的基础上，发明人所在的课题组构建了MsGCHI和MsADCS基因的双价植物表达载体，并将其导入优良豆科牧草百脉根(Lotus corniculatus)中，通过分子鉴定筛选出目的基因表达量相对一致、且表达水平较高的转基因百脉根株系；在温室条件下，对上述株系中的叶酸及其组分含量进行分析，并系统评价其生长性状。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的首要目的是提供了基因MsGCHI和MsADCS在促进植物生长中的应用，所述的基因MsGCHI的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，所述的基因MsADCS的核苷酸序列如SEQ ID No.3所示。

优选的，所述的基因MsGCHI的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示；所述的基因MsADCS的氨基酸序列如SEQ ID No.4所示。