一种甜菜碱合成途径中的甲基转移酶基因及其修饰和利用

摘要

本发明公开了一种甜菜碱合成途径中的甲基转移酶基因及其修饰和利用；其方法是从嗜盐隐杆藻克隆出甘氨酸肌氨酸N-甲基转移酶基因(ApGSMT2)和二甲基甘氨酸N-甲基转移酶基因(ApDMT2)，用高等植物偏爱的密码子取代ApGSMT2和ApDMT2中在高等植物中出现机率较低的密码子产生基因ApGST2d和ApDMT2d基因，采用蛋白质定位导肽序列与甲基转移酶基因融合的方法构建出编码产物分别定位于叶绿体和线粒体的系列基因。ApGSMT2以甘氨酸、肌氨酸为底物催化甘氨酸甲基化，ApDMT催化二甲基甘氨酸的甲基化，二者协同催化甘氨酸甜菜碱的合成。将ApGSMT2/ApDMT2或它们的修饰基因协同转入玉米、小麦、棉花、大豆和烟草等作物，细胞积累了高浓度的甘氨酸甜菜碱，显著提高植株的抗逆性。

主权项

一种蓝细菌甜菜碱合成途径中的甲基转移酶基因的修饰和利用，其特征是，从一种蓝细菌Aphanothece halophytica中克隆出甘氨酸甜菜碱合成途径中的甘氨酸肌氨酸N-甲基转移酶和二甲基甘氨酸N-甲基转移酶的候选基因ApGSMT2和ApDMT2，在大肠杆菌和烟草中进行功能确定；采用转基因技术将ApGSMT2/ApDMT2基因共同导入到植物细胞，获得了抗逆性显著提高的转基因植株；参照ApGSMT2和ApDMT2基因序列，合成富含禾谷类植物偏爱密码子的ApGSMT2d和ApDMT2d基因；将蛋白质叶绿体定位序列和线粒体定位序列分别与ApGSMT2和ApDMT2基因及其派生基因融合，产生了系列基因ApTpGSMT2/ApTpDMT2、ApTpGSMT2d/ApTpDMT2d、ApTpGSMT2m/ApTpDMT2m和ApTpGSMT2dm/ApTpDMT2dm，用于转基因表达产物分别在叶绿体和线粒体内定位；通过多基因转化和转基因聚合方式获得了转基因表达产物在细胞内不同区域分布和甘氨酸甜菜碱在胁迫诱导条件下的局部高浓度积累，为作物育种创造出抗逆性强的新种质。