[發明專利]調控水稻葉片衰老和抗旱能力的基因OsNAP及應用

在審

• 申請號: 201410362588.5
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104120137A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 林擁軍;周勇
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 張紅兵

技術領域

本發明屬于植物基因工程和水稻分子育種技術領域，具體涉及一個調控水稻葉片衰老和抗旱能力的基因OsNAP及應用。

背景技術

葉片衰老是葉片發育過程中的一個必經階段，它伴隨著葉片顏色的變化，反映在葉綠素的喪失，最后導致葉片的死亡和脫落。葉片衰老會導致光合作用的下降，導致碳同化的減少，從而影響農作物的產量。因此近幾十年，人們一直在研究葉片衰老產生的原因和機理，希望能夠有計劃的控制葉片衰老的發生。

NAC轉錄因子(NAM,ATAF?and?CUC)是植物中特有的轉錄因子，很多研究表明它們在調控葉片衰老的過程起著重要的作用。小麥中的一個NAC基因NAM-B1受衰老調控，在調節谷粒蛋白中鋅和鐵的含量中起著一定的作用(Uauy等，A?NAC?gene?regulating?senescence?improves?grain?protein,zinc,and?iron?content?in?wheat.Science,2006,314:1298-1301)。ANAC092/AtNAC2/ORE1是擬南芥中的一個NAC基因，其表達量也受葉片衰老調控，它能正調控擬南芥葉片中年齡依賴的細胞死亡；oresara1(ore1)突變體由于缺少ANAC092/AtNAC2/ORE1基因的功能，表現出延緩葉片衰老的表型；ANAC092/AtNAC2/ORE1也能被鹽脅迫誘導表達，其突變體anac092-1的離體葉片在鹽脅迫處理下葉綠素降解速度下降，表現出延緩葉片衰老的表型；在ANAC092/AtNAC2/ORE1的超量表達植株中有170個基因激活表達，其中很多基因能被鹽脅迫誘導，說明ANAC092/AtNAC2/ORE1在鹽脅迫誘導的葉片衰老過程起著重要的作用(Oh等，Identification?of?three?genetic?loci?controlling?leaf?senescence?in?Arabidopsis?thaliana.Plant?J,1997,12:527-535；Kim等，Trifurcate?feed-forward?regulation?of?age-dependent?cell?death?involving?miR164?in?Arabidopsis.Science,2009,323:1053-1057；Balazadeh等，A?gene?regulatory?network?controlled?by?the?NAC?transcription?factor?ANAC092/AtNAC2/ORE1?during?salt-promoted?senescence.Plant?J,2010a,62:250-264；Balazadeh等，Salt-triggered?expression?of?the?ANAC092-dependent?senescence?regulon?in?Arabidopsis?thaliana.Plant?Signal?Behav,2010b,5:733-735)。ORS1是ORE1/ANAC092/AtNAC2的同源基因，在衰老的組織中表達量很高且能被鹽和H₂O₂誘導，ORS1超量表達植株葉片早衰，同時ORS1的突變體ors1-1和RNAi轉基因植株葉片延緩衰老，說明ORS1可能在鹽和H₂O₂誘導的葉片衰老過程起著一定的作用(Balazadeh等，ORS1,an?H₂O₂-responsive?NAC?transcription?factor,controls?senescence?in?Arabidopsis?thaliana.Mol?Plant,2011,4:346-360)。擬南芥中的VND-INTERACTING2(VNI2)也編碼一個NAC轉錄因子，它的表達量受ABA和葉片衰老誘導，通過調控RESPONSIVE?TO?DEHYDRATION(RD)和COLD-REGULATED(COR)來介導鹽脅迫和葉片衰老途徑(Yang等，The?Arabidopsis?NAC?transcription?factor?VNI2integrates?abscisic?acid?signals?into?leaf?senescence?via?the?COR/RD?genes.Plant?Cell,2011,23:2155-2168)。AtNAP僅在衰老葉片中表達，而且它的表達量隨著葉片的衰老逐漸上升；突變體atnap在自然生長狀態和黑暗誘導狀態下均表現出延緩葉片衰老的表型，超量表達AtNAP的轉基因植株出現明顯的早衰現象，而且水稻、四季豆的NAP同源基因都能異源互補擬南芥突變體atnap的持綠表型；進一步研究發現AtNAP可以和SENESCENCE-ASSOCIATED?GENE113(SAG113)的啟動子結合，形成一個ABA-AtNAP-SAG113蛋白調控鏈來控制葉片衰老時的氣孔運動和失水速率(Guo等，AtNAP,a?NAC?family?transcription?factor,has?an?important?role?in?leaf?senescence.Plant?J,2006,46:601-612；Zhang等，An?abscisic?acid-AtNAP?transcription?factor-SAG113?protein?phosphatase?2C?regulatory?chain?for?controlling?dehydration?in?senescing?Arabidopsis?leaves.Plant?Physiol,2012,158:961-969)。盡管很多NAC轉錄因子的表達量都能被衰老所上調，但是它們在葉片衰老中的作用還不是很清楚，還有待人們去研究。