[發明專利]一種調控葉綠體發育及光合速率的蛋白質及其基因和應用

有效

• 申請號: 201310396837.8
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103497939A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 魏祥進;胡培松;唐紹清;邵高能;焦桂愛;謝黎虹;圣忠華;宋建;劉聰利
• 申請（專利權）人: 中國水稻研究所
• 主分類號: C12N9/12
• 分類號: C12N9/12;C12N15/54;C12N15/84;C12N1/21;C12N5/10;A01H5/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，具體地說，本發明涉及一種利用圖位克隆技術克隆水稻WP4基因(其編碼蛋白質為水稻腺苷激酶，OsAK1）以及利用轉基因實驗鑒定該基因的功能，同時利用該基因調節葉綠體發育，提高光合速率，應用于水稻制種及高光效育種中。

背景技術

葉片是植物進行光合作用的主要器官，水稻籽粒中2/3以上的干物質是開花后通過光合作用獲得的（王旭軍et?al.2005），光合作用的效率與葉綠體結構和功能是否完整、光合作用復合體的穩定性、葉綠素含量的高低都有著復雜的關系。近年來，葉色的應用價值備受關注，葉色變異可以作為標記性狀，在水稻雜交育種和良種繁育發揮重要作用，不但可以用于苗期剔除受外源花粉污染的種子和假雜種，還可以用于測定種子純度（章志興and陳善福2001）。另外，葉色突變體的研究對有效利用基因工程提高水稻的光合能力，培育高光效水稻，增加水稻產量具有重要的理論意義和應用價值。

目前，利用水稻葉色突變體，已經克隆出多個參與或調控葉綠素代謝和葉綠體發育的基因，通過分析基因功能、表達模式、基因間互作以及核-質信號傳導，初步了解了水稻葉色形成及調控機理。目前為止，在擬南芥葉綠素合成過程中的關鍵酶都已鑒定出來（Nagata?2005），但在水稻中只有少數基因被鑒定出來，其他基因還有待進一步發現。此外，葉綠素降解的調控機制尚未明朗，核-質互作的機理尚不清晰，有待深入進一步研究。

植物腺苷激酶（Adenylate?kinase，AK，AMK）催化腺苷三磷酸（ATP）使腺苷酸（AMP）磷酸化而生成腺苷二磷酸（ADP）反應的酶，逆反應由2個分子ADP生成ATP和AMP。在能量代謝、腺嘌呤核苷酸平衡等方面起著關鍵的作用。在植物中很多腺苷激酶都定位于葉綠體基質中。在水稻種腺苷激酶基因突變對水稻代謝發育的影響目前沒有報道。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種從水稻白葉白穗突變體中克隆的新基因WP4,該基因編碼一個腺苷激酶蛋白（OsAK1），調控葉綠體的發育與光合速率。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種調控葉綠體發育與光合速率的蛋白質，該蛋白質具有SEQ?ID?No.2（即序列表中的序列2）所示的氨基酸序列，且由基因WP4編碼。

作為本發明的蛋白質的改進：氨基酸序列還包括在SEQ?ID?NO.2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入和缺失一個或多個氨基酸生成的衍生物。

本發明還同時提供編碼上述蛋白質的基因，其具有SEQ?ID?NO.1?(即序列表中的序列1)所示的核苷酸序列。

作為本發明的基因的改進：核苷酸序列還包括在SEQ?ID?NO.1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入和缺失一個或多個核苷酸生成的突變體、等位基因和衍生物。

本發明還同時提供了上述基因的用途：用于構建轉基因水稻。

本發明還同時提供了一種轉基因植物細胞，為包含本發明所述基因的轉基因植物細胞。

本發明的另一個目的是提供一種用WP4基因進行高效的植物轉化方法，具體地說，本發明提供了具有SEQ?ID?NO.1所示的序列片段載體。

本發明的具體實施步驟如下：

一、水稻白條紋葉白穗突變體wp4的分離和表型分析

本研究突變體wp4為水稻，田間表型觀察發現該突變體的主要特征是：苗期表現出白條紋葉、隨后會轉綠，但是抽穗期及抽穗后劍葉、劍葉鞘及幼穗表現出嚴重的白條紋或白化，株高略矮（圖1）。葉綠素測定結果顯示突變體wp4的幼苗、劍葉、劍葉鞘和幼穗的葉綠素含量顯著低于野生型(圖2)。利用透射電鏡（TEM）觀察野生型和wp4的劍葉及幼穗的葉綠體超微結構，發現野生型的葉綠體含有正常的片層結構，而wp4細胞中含有較少且結構異常的葉綠體(圖2)。同時對抽穗后野生型及突變的凈光合速率測定發現wp4的光合能力顯著低于野生型(圖2)。

表1.突變植株與正常植株在不同F₂群體中的分離