方式與光合膜相關(guān)聯(lián)。將激發(fā)能量由吸收光的葉綠素 輸送到反應(yīng)中心的物理機(jī)理?yè)?jù)認(rèn)為是共振轉(zhuǎn)移（共振能量轉(zhuǎn)移-RET)。通過(guò)該機(jī)理經(jīng)非輻 射過(guò)程將激發(fā)能量從一個(gè)分子轉(zhuǎn)移到另一分子。被捕光復(fù)合蛋白質(zhì)中的類胡蘿卜素或葉綠 素b吸收的光迅速轉(zhuǎn)移到葉綠素a，然后轉(zhuǎn)移到與反應(yīng)中心密切相關(guān)的其它天線色素。
[0030] 在次優(yōu)光條件下，植物通過(guò)吸收野生型植物不適于吸收的波長(zhǎng)（例如， 520-640nm)，與野生型植物相比，能夠從增強(qiáng)的光利用譜獲益。本文所述的轉(zhuǎn)基因植物由于 從對(duì)于野生型植物中光合活性為次優(yōu)的光波長(zhǎng)捕獲更多光子因而具有增強(qiáng)的光合作用性 能。與野生型植物相比，該次優(yōu)波長(zhǎng)的利用允許轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生能量以增強(qiáng)光合速率，因此 增加生物質(zhì)（biomass)累積和生長(zhǎng)。
[0031] 葉綠體中的發(fā)色閉和能量轉(zhuǎn)務(wù)
[0032] 通過(guò)吸收野生型植物不適于有效吸收或利用的波長(zhǎng)，與野生型植物相比，轉(zhuǎn)基因 植物從增強(qiáng)的光利用譜獲益。優(yōu)選的發(fā)色團(tuán)在驅(qū)動(dòng)綠色植物光合作用中低效的綠-黃色光 譜（大約520-550nm)中具有激發(fā)max。為驅(qū)動(dòng)光合活性，（一個(gè)或多個(gè)）發(fā)色團(tuán)應(yīng)當(dāng)單獨(dú) 或組合產(chǎn)生可被天然捕光復(fù)合物捕獲和利用的能量。發(fā)色團(tuán)的鏈可用于從一個(gè)到另一個(gè)捕 獲和發(fā)射光直至發(fā)射波長(zhǎng)在被天然捕光復(fù)合物有效利用的范圍內(nèi)。
[0033] 不同的色素共同充當(dāng)天線，收集光并將其能量轉(zhuǎn)移到反應(yīng)中心。天線系統(tǒng)起到 有效遞送能量到與其聯(lián)合的反應(yīng)中心的作用（vanGrondelle等人，13;[00116111.13;[(^1178. ACTA, 1187:1-65, 1994;Pullerits和Suncistrom，AceChemRes, 29:381-389, 1996)。天線 色素的分子結(jié)構(gòu)完全不同，雖然它們?nèi)颗c光合膜以某些方式聯(lián)合。激發(fā)能量從吸收光的 葉綠素輸送到反應(yīng)中心的物理機(jī)理?yè)?jù)認(rèn)為是共振轉(zhuǎn)移（共振能量轉(zhuǎn)移-RET)。通過(guò)該機(jī)理 經(jīng)非輻射過(guò)程將激發(fā)能量從一個(gè)分子轉(zhuǎn)移到另一分子。
[0034] 光合效率可通過(guò)過(guò)表達(dá)內(nèi)源發(fā)色團(tuán)或表達(dá)外源發(fā)色團(tuán)來(lái)增加。內(nèi)源發(fā)色團(tuán)包括葉 綠素和類胡蘿卜素。葉綠素a具有最佳效率的兩個(gè)峰，一個(gè)在譜的藍(lán)色部分（430nm附近） 和一個(gè)在譜的紅色部分（680nm)，存在利用可見(jiàn)光譜幾乎每一部分，并使大部分吸收的能量 沿受體鏈通過(guò)（當(dāng)然，沿途損失少量）直至能量相當(dāng)于在700nm處吸收的能量的"相關(guān)色 素（associatedpigments)"。類胡蘿卜素是具有多個(gè)共軛雙鍵的線型構(gòu)象分子。在400至 500nm區(qū)域的吸收帶賦予類胡蘿卜素其特征性的橙色。大多數(shù)色素用作天線復(fù)合物，收集光 并轉(zhuǎn)移能量到反應(yīng)中心復(fù)合物，在此發(fā)生導(dǎo)致長(zhǎng)期能量?jī)?chǔ)存的化學(xué)氧化和還原反應(yīng)。被捕 光復(fù)合蛋白中的類胡蘿卜素或葉綠素b吸收的光迅速轉(zhuǎn)移至葉綠素a，然后轉(zhuǎn)移到與反應(yīng) 中心密切關(guān)聯(lián)的其它天線色素。
[0035] 光合效率還可通過(guò)表達(dá)外源熒光蛋白來(lái)增強(qiáng)，此類外源熒光蛋白吸收在被天然植 物系統(tǒng)光合利用差的波長(zhǎng)下的光。比如，在綠-黃色譜的光波長(zhǎng)（520-590nm)被天然捕光 復(fù)合物的吸收差。轉(zhuǎn)基因蛋白優(yōu)選通過(guò)共振能量轉(zhuǎn)移（RET)發(fā)射在受體生物的天然光合范 圍內(nèi)的光，并由此在植物中參與能量轉(zhuǎn)移。RET過(guò)程包括激發(fā)第一轉(zhuǎn)基因發(fā)色團(tuán)分子，該分 子反過(guò)來(lái)通過(guò)在能夠被第二發(fā)色團(tuán)吸收的波長(zhǎng)下發(fā)射，而該第二發(fā)色團(tuán)在第一發(fā)色團(tuán)發(fā)射 譜下適于吸收能量，從而將其能量轉(zhuǎn)移。從一個(gè)發(fā)色團(tuán)向另外發(fā)色團(tuán)的能量轉(zhuǎn)移的過(guò)程可 經(jīng)由發(fā)射激發(fā)或光子轉(zhuǎn)移或者兩個(gè)發(fā)色團(tuán)或捕光元件之間的能量轉(zhuǎn)移的任何其它手段來(lái) 進(jìn)行。
[0036] 可用于增強(qiáng)植物光合活性的外源發(fā)色團(tuán)的實(shí)例示于表1中。
[0037] 在表1中給出可用于增強(qiáng)光合活性的發(fā)色團(tuán)的非限定實(shí)例。另外的示例性發(fā)色團(tuán) 包括mVenus(SEQIDN0:41)、mFred(SEQIDNO:42)和mKate1(SEQIDNO:43)。
[0038] 表1:熒光蛋白數(shù)據(jù)
[0039]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光合活性改善的轉(zhuǎn)基因植物，其包含第一外源發(fā)色團(tuán)，所述第一外源發(fā)色團(tuán)吸 收在對(duì)于所述植物的光合活性為次優(yōu)的范圍內(nèi)的第一波長(zhǎng)的光并且當(dāng)吸收所述第一波長(zhǎng) 的光時(shí)所述發(fā)色團(tuán)發(fā)射在對(duì)于所述植物的光合活性有效的范圍內(nèi)的第二波長(zhǎng)的光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)基因植物，其進(jìn)一步包括第二外源發(fā)色團(tuán)，所述第二外源 發(fā)色團(tuán)吸收在對(duì)于所述植物的光合活性為次優(yōu)的范圍內(nèi)的第三波長(zhǎng)的光，并且當(dāng)吸收所述 第三波長(zhǎng)的光時(shí)發(fā)射所述第一波長(zhǎng)的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述第二外源發(fā)色團(tuán)具有與第一發(fā)色團(tuán)的 最大吸收波長(zhǎng)相同或接近的最大發(fā)射波長(zhǎng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述第二波長(zhǎng)的光被葉綠素或四萜類 化合物有效吸收。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述第二波長(zhǎng)的光被葉綠素a或葉綠素b 有效吸收。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中借助于共振能量轉(zhuǎn)移（RET)發(fā)生 所述發(fā)色團(tuán)之間的能量轉(zhuǎn)移。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述外源發(fā)色團(tuán)的至少之一位于 所述植物的葉綠體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述外源發(fā)色團(tuán)的至少之一位于所述植物 的類囊體膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)基因植物，其包括外源發(fā)色團(tuán)turboYFP、mKOl、 DsRed_Express2 和TurboFP650〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述轉(zhuǎn)基因植物為豆類或桉屬 物種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述轉(zhuǎn)基因植物為豆類。
12. -種共栽培植物的方法，其包括將根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)基因植物與 第二植物在其中所述轉(zhuǎn)基因植物被所述第二植物遮蔭的條件下共栽培。
13. -種在遮蔭條件下生長(zhǎng)植物的方法，所述方法包括在遮蔭條件下生長(zhǎng)根據(jù)權(quán)利要 求1-11任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)基因植物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二植物為桉屬植物或甘蔗植物且所述轉(zhuǎn) 基因植物為豆類。
15. -種增加土壤中的氮水平的方法，所述方法包括種植根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所 述的轉(zhuǎn)基因植物，其中所述轉(zhuǎn)基因植物為豆類。
【專利摘要】用于改善暴露于次優(yōu)光條件的植物中光合作用效率的方法。在將一種或多種外源發(fā)色團(tuán)引導(dǎo)至葉綠體或葉綠體內(nèi)的區(qū)室的轉(zhuǎn)運(yùn)肽的控制下，通過(guò)在植物葉綠體中或細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)化和表達(dá)一種或多種外源發(fā)色團(tuán)實(shí)現(xiàn)光合作用增強(qiáng)。優(yōu)選的發(fā)色團(tuán)具有在綠色-黃色光譜中的激發(fā)max。發(fā)色團(tuán)的鏈可用于捕獲光并從一個(gè)發(fā)色團(tuán)向另一個(gè)發(fā)色團(tuán)發(fā)射光直至發(fā)射的波長(zhǎng)在可被天然捕光復(fù)合物有效利用的范圍內(nèi)。
【IPC分類】C12N15-82
【公開(kāi)號(hào)】CN104769115
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380041704
【發(fā)明人】D·阿維薩爾, M·艾布拉姆森, D·西格爾, Z·薩尼, S·赫希
【申請(qǐng)人】富優(yōu)基尼以色列股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2013年6月7日
【公告號(hào)】US20130333073, WO2013185028A1