[發明專利]一種水稻蠟質合成相關的蛋白質及其編碼基因WSL5與應用

在審

• 申請號: 201910323100.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109988754A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 徐杰;周大虎;賀浩華;李婷;林小麗;姜志樹;朱昌蘭;傅軍如;彭小松;陳小榮;歐陽林娟
• 申請（專利權）人: 江西農業大學
• 主分類號: C12N9/02
• 分類號: C12N9/02;C12N15/53;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 南昌智旭知識產權代理事務所(普通合伙) 36138
• 代理人: 周超

本發明公開了一種水稻蠟質合成相關的蛋白質及其編碼基因WSL5與其在水稻育種中的應用。本發明提供了一種水稻蠟質合成相關的蛋白質，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。本發明還提供了一種編碼權利上述蛋白質的基因WSL5，所述基因WSL5的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。上述基因WSL5在在改良水稻蠟質含量以及水稻抗生物和非生物脅迫中的應用。本發明分離并克隆鑒定了控制水稻蠟質合成基因WSL5，并通過互補實驗進行基因功能驗證。圖位克隆的結果表明，該基因編碼了一個氧化還原酶。本發明為培育蠟質含量豐富、抗脅迫的新品種，對于解決目前水稻品種易出現后期早衰、生產受環境影響等問題具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域。具體的說，本發明涉及一種利用圖位克隆技術克隆水稻WSL5(Wax Crystal-Sparse Leaf 5)基因，以及利用轉基因互補實驗鑒定該基因的功能；同時還涉及利用該基因對水稻葉片衰老的調控，用于改良水稻品種以提高產量。

背景技術

蠟質是植物抵御來自外來環境侵害的第一道防護層，也是植物表面重要的防水層，對陸生植物防止非氣孔類的水分蒸發起到重要作用。蠟質還能保護植物免受來自各種生物和逆境脅迫，比如，紫外線、強輻射、細菌、真菌、害蟲以及高溫或者冷凍害。水稻是我國最重要的糧食作物之一，提高其抗逆性是保障水稻安全生產、國家糧食安全的重要手段。因此，對不同蠟質合成突變體的研究是揭示水稻葉片蠟質的合成和調控機理，為利用生物技術手段重建水稻的蠟質層來增強作物抗逆能力，對提高水稻在逆境條件下的產量提供新途徑具有重要意義。

蠟質的主要成分是各種可溶解于有機物的脂類物質，主要是C20-C34的超長鏈脂肪酸及其相應的醇類、酯類、醛類、烷類以及酮類衍生物。水稻的葉片和葉鞘蠟質主要成分是伯醇、醛類以及脂肪酸，而烷類含量則不到蠟質總量的15％。而水稻花藥表面蠟質的主要成分則是烷類和烯烴類，大約占總量的90％。植物表皮蠟質的合成是在表皮細胞內完成的，合成過程主要包括：脂肪酸在質體中從頭合成C16和C18脂肪酸，隨后轉運到內質網上延伸為C20-C36的超長鏈脂肪酸(very long-chain fatty acid,VLCFA)，進一步通過醇合成途徑和烷烴合成途徑合成不同的蠟質組分。

隨著一些蠟質缺失突變體的發現，在水稻中已經克隆出13個蠟質相關基因。Wax-Dificient Anther1(WDA1)基因是水稻中第一個被克隆的蠟質相關基因，在花藥表皮細胞中特異表達，wda1突變體花藥表面蠟質晶體減少，小孢子發育受阻，花粉外壁發育異常，導致雄性不育；而Crystal-Spares Leaf1(wsl1)突變體葉片表面蠟質減少，還表現生長遲緩、育性下降、葉片融合以及抗旱能力降低，表明WSL1基因還可能參與了水稻生長和發育相關脂類合成。ONION1和ONION2基因參與超長鏈脂肪酸的合成，在莖頂端分生組織和發育中的側器官的最外層中特異表達。兩個突變體外層表皮細胞發育異常，生長遲緩，最終死亡；gl1-2突變體表皮層變薄，表面蠟質晶體減少，耐旱能力下降。DWA1主要參與干旱脅迫下的蠟質合成。過表達DWA1的植株超長鏈脂肪酸含量上升；dwa1在干旱處理后表面蠟質含量下降，許多與蠟質相關基因表達受到抑制，對干旱更為敏感。wax synthesis regulatorygene 1(WR1)和WR2是兩個蠟質調控類基因。WR1基因的表達受到干旱、ABA和鹽脅迫的誘導，過表達WR1植株表面蠟質含量增加，RNAi干擾植株則下降，進一步研究表明，WR1基因能夠結合到蠟質相關基因OsLACS1和OsFAE1-L啟動子上，調控基因表達，影響水稻表面的蠟質合成代謝。而過表達WR2同樣調控葉片表面蠟質以及角質含量，并能增強水稻的抗旱能力。WSL4編碼β-ketoacyl-CoA合酶(KCS)，參與長鏈脂肪酸合成的第一步，WSL3基因編碼β-ketoacyl-CoA還原酶(KCR)，催化脂肪酸鏈延長的第二步反應。WSL3和WSL4在水稻所有組織中均有表達，并都定位于內質網膜。wsl3和wsl4突變體葉片表面蠟質層變薄，脂肪酸組分發生變化(Gan et al.,2016；Wang et al.,2017)。