開題報告-上交topicreport中期考核與

否一、立題依據(jù)（包括研究目的、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，需結(jié)合科學研究發(fā)展趨勢來論述科學意義；或結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應用前景。附主要參考文獻）在水稻葉綠體中創(chuàng)建光合CO2濃縮機制，以期降低光呼吸過程中造成的損耗，提高光合效1,5二磷酸核酮糖羧化加氧酶（Rubio）是植物卡爾文循環(huán)中的關(guān)鍵酶，它在葉綠體中催1,5C23C2的效果。然而二十世紀七八十年代，學者們（n184）發(fā)現(xiàn)該酶在具備羧化功能的同時，還能以2為底物行RUBP形成磷酸乙醇酸，從而進入光呼吸循環(huán)。2C2植物的光合效率。于是人們進行了大量的研究，希望能夠通過降低光呼吸來提高光合效率，增加生物產(chǎn)量（Zelitchetal.,1973。然而隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)光呼吸途徑的突變體并不能增強光合效率，反而會產(chǎn)生萎黃，矮化甚至致死的現(xiàn)象，目前也有越來越多的表明光呼RubiscoC2的有機體是必不可少的（Eisenhutetl.,2008；ratal.,2005；elitchetl.,2009）3/4C程，它可以被認為是植物為了補救Rubisco還有幾個存在爭議的作用，分別為：清除磷酸乙醇酸、乙醛酸等的代謝中間產(chǎn)物；降低光抑制產(chǎn)生的；通過生成22與植物防御機制；為其他代謝途徑以及某些氨基酸合成提供代謝底物。鑒于光呼吸的必不可少性，Chrismervileo對2（rilleetal,1982）oRubiso的改造（uellr-Cajartal.2008；ZUetal.200），但卻始終沒有獲得重大的突破。與此同時，其他人開始致力于在C3C4C2C2在Rubi周圍的濃度，從而減少光呼吸造成的損耗（uslertal.,2002。C4植物的2濃縮機制需要葉肉細胞和維管束鞘細胞兩種不同的組織協(xié)調(diào)作用，使C2葉肉細胞中的磷酸烯醇式酸和CO2被磷酸烯醇式酸羧化酶羧化成有機酸，再至鞘的酶（Matsuokaetal.,2001），但是這種只在同一組織內(nèi)發(fā)生的“C4途徑”取得的成果極其有 的支路有三條（deFCCarvalhoetal.,2011；Kebeishetal.,2007；Maieretal.,2012），如圖1所示。支路1向葉綠體內(nèi)分別引（GDH，（GCL， （TSR 酸異構(gòu)（HPI，使乙醛酸轉(zhuǎn)化為羥基酸；支路3向葉綠體中轉(zhuǎn)入乙醇酸氧化酶（GLO，過氧化氫（CT（MS明是可行的，支路2可能由于轉(zhuǎn)入的HPI引起共抑制，導致羥基酸，使轉(zhuǎn) 植株產(chǎn)生黃化矮化的表型。Christophehanel等人三條途徑的能量消耗做過比較，發(fā)現(xiàn)支路12的能量消少于原光呼吸途徑，而支路3的能消耗則高于原光呼吸途徑（rhnseltal.,013）。但是支路1和支3的擬南芥化植株在短日照的條件下都表現(xiàn)出了葉片扁平的表型，且生物量相比于野生型增加了30%50%。對此解釋是在短日照的條件下，葉綠體中C2的濃可能決定著植物的生長。另外，支路1和3在日照的情況下都沒有表現(xiàn)出生物量增加的現(xiàn)象，對此，Chrophnsel等人認有兩種解釋，第一種解釋是在長日照條件下，能量的消耗決定著植物的生長。第二種解釋是擬南芥屬于長日照植物，在長日照條件下，營養(yǎng)生長階段較短，即使這兩條支路能夠增加生物量，但也無法積累太多（Peterhanseletal.2013）圖1三條光呼吸支路，紅色路線為支路1，綠色路線為支路2，灰色虛線為支路3，黑色實線為光呼吸途徑（Peterhanseletal.,2010）綜上所述，在植物體內(nèi)另辟蹊徑，創(chuàng)建一條光呼吸支路，是目前減少光呼吸損耗的比較成功的研究方向。先不論長日照條件下，能量的消耗是否決定植物的生長，至少在短日照條件下，支路13C的濃度。從中我們可以得到一些啟發(fā)，對于像水稻這樣的短日照植物，構(gòu)建光合C2C了集胞藻屬的三條乙醛酸代謝的途徑（Eisenhutetal.2006；Eisenhutetal.,2008），圖2途徑，其中一條與ebeih12C22圖集胞藻屬的乙醛酸代謝途徑（Peterhanseletal.deFcCarvalhoJ,MadgwickPJ,PowersSJ,etal..Anengineeredpathwayforglyoxylatemetabolismintobaccoplantsaimedtoavoidthereleaseofammoniainphotorespiration[J].BMCbiotechnology,EisenhutM,KahlonS,HasseD,etal..Theplant-likeC2glycolatecycleandthebacterial-likeglyceratepathwaycooperateinphosphoglycolatemetabolismincyanobacteria[J].PlantPhysiology,EisenhutM,RuthW,HaimovichM,etal..Thephotorespiratoryglycolatemetabolismisessentialforcyanobacteriaandmighthavebeenconveyedendosymbionticallytoplants[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2008,105(44):17199-17204.H?uslerRE,HirschHJ,KreuzalerF,etal..OverexpressionofC4‐cycleenzymesintransgenicC3plants:AbiotechnologicalapproachtoimproveC3‐photosynthesis[J].JournalofExperimentalBotany,KebeishR,NiessenM,ThiruveedhiK,etal..ChloroplasticphotorespiratorybypassincreasesphotosynthesisandbiomassproductioninArabidopsisthaliana[J].NatureBiotechnology,2007,25(5):593-599.MaierA,FahnenstichH,VonCaemmererS,etal..Transgenicintroductionofaglycolateoxidativecyclea.Thalianachloroplastsleadstogrowthimprovement[J].Frontiersinplantscience,MatsuokaM,FurbankRT,FukayamaH,etal..MolecularengineeringofC4photosynthesis[J].AnnualReviewofPlantBiology,2001,52(1):297-314.Mueller-CajarO,WhitneyS.DirectingtheevolutionofRubiscoandRubiscoactivase:Firstimpressionsofanewtoolforphotosynthesisresearch[J].PhotosynthesisResearch,2008,98(1-3):667-675.NakamuraY,KanakagiriS,VanK,etal..Disruptionoftheglycolatedehydrogenasegeneinthehigh-CO2-requiringmutantHCR89ofChlamydomonasreinhardtii[J].CanadianJournalofBotany,2005,83(7):820-OgrenWL.Photorespiration:Pathways,regulation,andmodification[J].AnnualReviewofPlantPhysiology,PeterhanselC,BlumeC,OffermannS.Photorespiratorybypasses:Howcantheywork?[J].JournalofExperimentalBotany,2013,64(3):709-715.PeterhanselC,HorstI,NiessenM,etal..Photorespiration[J].TheArabidopsisbook/AmericanSocietyofPlantBiologists,2010,8.SomervilleCR,OgrenWL.Geneticmodificationofphotorespiration[J].TrendsinBiochemicalSciences,ZelitchI,DayPR.Theeffectonnetphotosynthesisofpedigreeselectionforlowandhighratesofphotorespirationintobacco[J].PlantPhysiology,1973,52(1):33-37.ZelitchI,SchultesNP,PetersonRB,etal..Highglycolateoxidaseactivityisrequiredforsurvivalofmaizeinnormalair[J].PlantPhysiology,2009,149(1):195-204.ZhuXG,PortisAR,LongSP.WouldtransformationofC3cropplantswithforeignRubiscoincreaseproductivity?Acomputationalysisextrapolatingfromkineticpropertiestocanopyphotosynthesis[J].Plant,Cell&Environment,2004,7(2):165.二、研究內(nèi)容和目標（說明課題的具體研究內(nèi)容，研究目標和效果，以及擬解決的關(guān)鍵科學問題。此部分為重點闡述內(nèi)容）壞血酸過氧化物酶（APX）的光呼吸支路（如圖3所示。

P

Calvin

圖3GLO,OXO,APX組成的CO2 及其亞細胞定位情況，克隆預測定位于葉綠體 抗 植株利 表達載體系統(tǒng)，構(gòu)建用不同啟動子組合表 載體，并通過遺傳轉(zhuǎn)化獲得 植株 植株的分子檢測與后代純 植株的表型、光合性狀及抗逆性分 OsAPX的生物信息學分析與亞細sAPX的 克隆與瞬時表達載體建

構(gòu)建用不同啟動子組合表達OsOXO3的供體OsGLO3，OsOXO3，OsAPX

載 載體（組合見表1）遺

植株表型察與生理 ，并預測亞細胞定位選擇一個已經(jīng)明確定位于葉綠體的OsAPX，將其連接到pColdI載體上，經(jīng)過IPTG誘導， 若該 經(jīng)過誘導具有活性，則將其連接到pO載體上，以農(nóng)桿菌介導法轉(zhuǎn)入水稻中，對獲得的轉(zhuǎn) 植株進行篩選以及生理生化分析，驗證其在水稻中的功能。同時分構(gòu)建不同啟動子啟動的3，sOXO3，APX的供體載體（啟動子與 的組合見表1編 組 表1需要構(gòu)建的OsGLO3，OsOXO3，OsAPX與不同啟動子的 組 已 人的基礎(chǔ)上進行的工作初步證明了本實驗的可行性 老師提供的loxP/Cre多 在Kebeish等（2007）的研究 OsGLO、OsOXO中各成員的生化和酶學特性，并確定了最適合用于光呼吸改造的特定的基涉及的克隆、載體構(gòu)建、遺傳轉(zhuǎn)化、表達分析和表型鑒定都是本的常規(guī)實驗，完工作計2013.4-明確OsAPX的成員與亞細2013.5-2