高粱C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的分子克隆及其转基因水稻的培育

应用PCR的方法从C4植物高粱的基因组中分离出C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(Ppc基因). 通过分步克隆的方法, 将此基因插入pCAMBIA1301质粒载体上, 构成重组的表达载体p1301-PEPC, 并利用农杆菌介导的转化系统将其转入农垦58和中花10两个粳稻品种. 经PCR分析、PEPCase活性检测、Western杂交、Northern杂交和Southern杂交等多种方法鉴定表明, C4型Ppc基因已转化进受体水稻植株的核基因组, 并能高水平表达. 生理学检测显示, 转基因水稻植株的CO₂补偿点和光呼吸速率显著降低, 光饱和光合速率和羧化效率提高, 显示出C4植物的光合特征.     

水稻的4个NADP-ME基因具有不同的表达模式

在高等植物中,NADP-苹果酸酶(NADP-ME)由一个小的基因家族编码.根据发表的水稻基因组序列信息,对水稻的NADP-ME家族进行了研究.结果表明:水稻NADP-ME家族由3个胞质型NADP-ME和1个质体型NADP-ME构成,发现两个新的胞质型NADP-ME基因. 尽管4个水稻NADP-ME的氨基酸序列存在较高的相似性,但是其中一个胞质型NADP-ME(OscytME3)在NADP-ME氨基酸序列保守区存在着不同于其他NADP-ME的特征. 进化树分析表明它可能起源于不同于其他NADP-ME的另一条进化分支.虽然4个NADP-ME基因表达的组织特异性和发育阶段特异性不尽相同,但是在功能上可能都参与植物的胁迫应答.     

转PEPC基因水稻的光合CO2同化和叶绿素荧光特性

以转PEPC，PPDK，NADP－ME，PEPC＋PPDK基因水稻及原种为材料，比较C4途径有关光合酶活性、叶绿素荧光参数、CO2交换等生理指标，重点研究了转PEPC基因水稻的生理特性，结果如下：（1）转PEPC基因水稻PEPC活性比原种高20倍，光饱和光合速率比原种高55％，羧化效率提高50％，CO2补偿点降低27％；（2）在高光强（3h）或光氧化剂甲基紫精（MV）处理后，与原种相比，转PEPC基因水稻的PSⅡ光化学效率（Fv/Fm)、光化学猝灭（qp)下降较少，证明其耐光抑制和耐光氧化能力增强；（3）在高光强条件下，转PEPC基因水稻中RuBPCase活性变化不明显，但碳酸酐酶（CA）诱导活性增加1．8倍。这些结果为揭示高光合效率机理和高光合效率育种提供了有益的启示。     

转PEPC基因水稻的光合CO_2同化和叶绿素荧光特性

以转PEPC, PPDK, NADP-ME, PEPC + PPDK酶基因水稻及原种为材料, 比较C4途径有关光合酶活性、叶绿素荧光参数、CO2交换等生理指标, 重点研究了转PEPC基因水稻的生理特性, 结果如下: (1) 转PEPC基因水稻PEPC活性比原种高20倍; 光饱和光合速率比原种高55%, 羧化效率提高50%, CO2补偿点降低27%. (2) 在高光强(3 h)或光氧化剂甲基紫精(MV)处理后, 与原种相比, 转PEPC基因水稻的PSⅡ光化学效率(Fv/Fm), 光化学猝灭(qP)下降较少, 证明其耐光抑制和耐光氧化能力增强. (3) 在高光强条件下, 转PEPC基因水稻中RuBPCase活性变化不明显, 但碳酸酐酶(CA)诱导活性增加1.8倍. 这些结果为揭示高光合效率机理和高光合效率育种提供了有益的启示.