烟草NtCCB1基因及其在促进植物生长中的应用的制作方法

本发明涉及基因工程，具体涉及一种烟草ntccb1基因的克隆、功能验证，以及该基因在促进植物生长中的应用。

背景技术：

1、光合作用是植物将光能转化为化学能的核心生理过程，其中光合电子传递链负责将光系统ii（psii）吸收的光能通过一系列电子载体传递至光系统i（psi），最终驱动atp和nadph的合成，为碳同化提供能量和还原力。光合电子传递链的运转效率直接决定了植株的光合能力与干物质积累水平，进而影响作物的产量与品质。在自然生长条件下，植物的光合电子传递过程受到多种因素的调控，包括光系统复合体的组装效率、电子载体之间的耦合状态、以及辅助因子的供给与插入等。当光合复合体的组装不完善或辅助因子供给不足时，电子传递链的运转效率将下降，导致光能利用率降低，甚至产生光氧化损伤。

2、细胞色素b6f复合体是连接psii与psi的关键中介复合体，在光合线性电子传递和环式电子传递中均发挥枢纽作用。该复合体的正确组装与稳定运转依赖于多种辅助因子的精确插入，包括血红素c_i、铁硫簇等。近年来研究发现，一类被称为ccb（cofactorassembly of complex c）的组装因子蛋白在细胞色素b6f复合体的成熟过程中发挥不可或缺的作用，其参与辅助因子的插入与复合体亚基的正确折叠。在模式植物拟南芥以及莱茵衣藻等模式物种中，ccb类基因的功能已有初步研究，结果表明ccb蛋白的缺失会导致细胞色素b6f复合体积累减少、电子传递受阻，进而引起光合效率显著下降。然而，上述研究主要集中在模式物种中，对于经济作物尤其是烟草中ccb类基因的序列特征、表达模式及生物学功能，目前尚缺乏系统解析。

3、烟草作为重要的经济作物，其生长和产量与光合能力密切相关。烟草是典型的喜光作物，在生长过程中需要持续维持较高的光合电子传递速率以满足旺盛生长对能量和碳骨架的需求。然而，在实际生产中，烟草常面临光能利用效率不足的问题，尤其在快速生长期和叶片扩展期，光合电子传递链的运转效率常成为限制光合能力的瓶颈。现有烟草高光效改良策略主要聚焦于光合关键酶（如rubisco）的活性优化、光系统亚基的表达调控、以及气孔导度的改善等方向。这些策略虽然在一定程度上能够提升光合性能，但大多针对电子传递链的下游环节或终端反应，对于电子传递链本身运转效率的直接调控缺乏有效手段。

4、从光合复合体组装的角度来看，细胞色素b6f复合体作为电子传递链的限速节点，其组装效率直接影响psii与psi之间的电子流转。

5、然而，目前针对烟草中参与细胞色素b6f复合体组装的ccb类因子的研究尚未见系统报道，相关基因资源的匮乏限制了从组装层面优化电子传递效率的思路。挖掘烟草中ccb类基因的序列信息和生物学功能，明确其在光合电子传递和植株生长中的作用，不仅有助于丰富对烟草光合调控网络的认识，也可为高光效烟草品种的培育提供新的基因资源和育种思路。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术中缺乏从光合复合体组装因子层面提升植物光合电子传递效率的基因资源的不足，以及，为了促进烟草等植物的生长，本发明提供了一种烟草ntccb1基因及其在促进植物生长中的应用。

2、本发明的具体技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种促进植物生长的调控蛋白，其氨基酸序列如seq idno.2所示。

4、第二方面，本发明提供了上述促进植物生长的调控蛋白的编码基因。

5、作为优选，核苷酸序列如seq id no.1所示。

6、本发明针对现有技术中植物生长促进基因资源匮乏、已有生长调控基因多伴随激素紊乱等副作用的问题，首次从烟草中克隆获得了ntccb1基因，并通过系统的功能验证揭示了该基因在促进植物生长中的重要作用。所述ntccb1基因的核苷酸序列如seq id no.1所示，其编码的调控蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

7、本发明的核心发现在于，ntccb1蛋白作为叶绿体定位的组装因子，其过表达能够使植株在获得更强生长势的同时，保持正常的发育模式。具体而言，在一实施例中显示，ntccb1过表达的转基因植株在形态和发育节律上与野生型一致，仅在生长量上显著优于野生型；以叶片数量、叶片面积、植株高度等作为生长指标，ntccb1过表达株系，的叶片数量较野生型增加25.9%以上，叶面积显著增大，植株整体更为高大，显示出更旺盛的生长态势。

8、从作用机制的深度来看，ntccb1过表达促进植物生长的效应是多层面协同的结果。在光化学反应层面，psii反应中心将吸收光能用于电子传递的比例提高，单位反应中心的电子传递通量增加，使得更多的光能被有效转化为化学能而非以热耗散形式损失。在碳固定层面，光能转化效率的提升驱动了更高的碳同化速率，同时光补偿点的降低和光饱和点的提高拓宽了植株的有效光合光强范围，使其在弱光和强光条件下均能维持较高的光合生产力。在碳收支层面，最大净光合速率的大幅提升与暗呼吸速率的小幅下降形成协同效应，显著改善了植株的净碳收支平衡。这三个层面的协同作用使得转基因植株能够持续积累更多的碳同化产物，为旺盛的营养生长提供了充足的物质和能量基础。

9、值得注意的是，ntccb1过表达并未改变psii最大光化学效率（fv/fm），这表明该基因的作用靶点并非psii反应中心本身，而是psii下游的电子传递链。这一特征具有重要的实践意义：由于作用机制不涉及光系统核心组分的直接改造，该策略在促进生长的同时不会对光合机构的基本结构产生干扰。此外，ntccb1过表达还提升了类胡萝卜素含量，类胡萝卜素作为辅助色素和抗氧化物质，在光能捕获和光保护方面具有双重功能，这为转基因植株在强光条件下的持续高效光合提供了额外保障，有利于植株在田间自然光照条件下维持稳定的生长优势。

10、第三方面，本发明提供了上述促进植物生长的编码基因的重组表达载体，所述重组表达载体包含上述基因。

11、第四方面，本发明提供了一种重组宿主细胞，所述重组宿主细胞包含上述重组表达载体。

12、作为优选，所述重组宿主细胞选自为大肠杆菌、根癌农杆菌细胞、植物细胞。

13、第五方面，本发明提供了上述促进植物生长的基因或蛋白在促进植物生长或/和提高植物光合效率中的应用。

14、作为促进生长或/和提高光合效率的植物，其叶片数量、叶面积、植株高度或/和生物量不同程度的提高。

15、第六方面，本发明提供了一种促进植物生长的方法，包括以下步骤：

16、将上述基因或重组表达载体导入植物中，获得转基因植物，从而促进植物的生长。

17、通过将上述基因或重组表达载体导入植物中，可以提高植物叶片数量、叶面积、植株高度或/和生物量。

18、作为优选，所述植物为烟草、番茄、水稻或拟南芥。

19、作为优选，所述导入通过农杆菌介导的遗传转化方法进行。

20、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

21、1.本发明针对现有技术中植物生长促进基因资源匮乏、已有生长调控基因多伴随激素紊乱等副作用的问题，首次从烟草中克隆获得了ntccb1基因，并通过系统的功能验证揭示了该基因在促进植物生长中的重要作用；其中，所述ntccb1基因的核苷酸序列如seqid no.1所示，其编码的调控蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

22、2.基于ntccb1基因的的生长促进策略，在使植株在获得更强生长势的同时，保持了正常的发育模式，经实验验证，ntccb1过表达的转基因植株在形态和发育节律上与野生型一致，仅在生长量上显著优于野生型；以叶片数量、叶片面积、植株高度等作为生长指标，ntccb1过表达株系，的叶片数量较野生型增加25.9%以上，叶面积显著增大，植株整体更为高大，显示出更旺盛的生长态势。