[发明专利]SlPsbW-LIKE基因在提高番茄高温抗性和光合能力中的应用

说明书

本发明涉及涉及植物生物技术领域，具体涉及SlPsbW‑LIKE基因在提高番茄高温抗性和光合能力中的应用。本发明利用反向遗传学首次在番茄中明确了PsbW‑LIKE在耐热及光保护方面的功能。其对于维持光系统II超聚复合体的稳定十分重要。因此，在高温胁迫下提高、补充PsbW‑LIKE的含量有利于提高番茄等植株对高温胁迫的耐受性、且有利于提高植株在高温环境下的光合能力。本发明所发现的PsbW‑LIKE耐热机制对于提高番茄等茄科作物的高温耐受性及光合能力有重要的意义。

技术领域

本发明涉及植物生物技术领域，具体涉及SlPsbW-LIKE基因在提高番茄高温抗性和光合能力中的应用。

背景技术

全球气候变化使得高温热害问题变得非常突出，高温胁迫逐渐成为了限制作物分布、生长和生产力的一个主要的环境胁迫因子。一些常见的蔬菜作物如番茄、黄瓜、辣椒等极易遭受高温胁迫的影响，引起其体内叶绿体光系统的损伤、碳同化相关酶的活性降低及各类代谢的紊乱，最终导致作物产量和品质的下降。因此，提高番茄植株的耐热性及光保护能力对于克服番茄越夏困难具有重要意义。

光合作用是地球上最重要的生化反应，为几乎所有的生物提供了物质和能量来源。然而，在高温环境下植物的光合速率会被严重抑制，造成体内物质、能量代谢的紊乱。这与高温对光系统各组分的影响有关。光系统II(PSII)是叶绿体类囊体膜上的一种重要的多组分色素-蛋白质复合体，负责水的分裂，氧气的释放以及质体醌的还原，对高温尤为敏感。PSII复合体包括反应中心蛋白(D1、D2)、内周捕光核心天线蛋白(CP43、CP47)、放氧复合体蛋白(OEC)、捕光复合体II蛋白以及12个低分子量跨膜蛋白(PsbE、PsbF、PsbH、PsbI、PsbJ,PsbK、PsbL、PsbM、PsbTc、PsbW、PsbX和PsbZ)。高温胁迫下PSII-LHCII超聚复合体会首先发生解离，紧接着核心蛋白D1发生明显降解，且其修复进程被严重抑制。而额外补充足够的D1蛋白能够维持作物在高温胁迫下的光合能力，提高作物产量。因此，维持高温胁迫下PSII的功能是十分重要的。低分子量蛋白多是连接PSII各大亚基、核心蛋白的“桥梁”，其对于PSII超聚复合体稳定性及活性起着至关重要的作用。

PsbW是叶绿体光系统II(PSII)复合体中的一个典型的低分子量蛋白，仅具有一个跨膜螺旋。其N端在腔侧与放氧复合体蛋白PsbO及PSII反应中心蛋白D1相连，C端在基质侧与内周捕光核心天线蛋白CP43结合。此外，捕光色素蛋白复合体LHCII亦与PsbW蛋白相结合。这说明PsbW在PSII复合体中可能起到了十分重要的“桥梁”作用。然而，在拟南芥中抑制PsbW的表达仅引起了PSII核心蛋白的降低及PSII功能的下降，并未造成明显的生长表型。但当其受到强光胁迫时，拥有低水平PSII超聚复合体的psbw突变体光合能力更为低下，PSII复合体降解更加严重，D1蛋白含量也大幅降低，生长发育受到了很大的影响。此外，Western blot实验显示在拟南芥受到光抑制时，PsbW蛋白与D1有着相似的降解速率和水平，比D2，CP43等核心蛋白降解水平更为明显。这表明PSII超聚复合体的结构及功能可能在逆境胁迫下更为重要，而PsbW致力于PSII稳态的维持，但其极易在胁迫条件下受到损伤。

在光合生物漫长的进化过程中，发生了叶绿体基因组和细胞核基因组之间的遗传信息交流。一些编码叶绿体光合蛋白的基因碎片也融入到了细胞核基因组中的不同位置。通常人们认为这些基因碎片为假基因。然而，这些细胞核中的光合基因片段是否全不具有功能我们还不得而知。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供SlPsbW-LIKE基因在提高番茄高温抗性和光合能力中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供SlPsbW-LIKE蛋白在如下(1)或(2)中的应用：

(1)提高植物对高温胁迫的耐受性；

(2)提高植物在高温环境下的光合能力；