[發明專利]水稻早衰控制基因ES1-3及其應用

在審

• 申請號: 202011626237.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112592393A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 饒玉春;王盛;王躍星;林晗;焦然;胡娟
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/84;A01H5/12;A01H6/46
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明屬于植物基因工程領域，具體涉及一種利用圖位克隆技術克隆水稻ES1?3基因，以及利用轉基因互補試驗鑒定基因的功能；同時還涉及該基因對水稻早衰調控的機理，用以改良農作物的光和效率，提高水稻產量。本發明公開了一種水稻早衰控制基因ES1?3，本發明還同時公開了上述水稻早衰控制基因ES1?3在調控水稻生育期和葉色中的應用。

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，具體涉及一種利用圖位克隆技術克隆水稻ES1-3基因，以及利用轉基因互補試驗鑒定基因的功能；同時還涉及該基因對水稻早衰調控的機理，用以改良農作物的光和效率，提高水稻產量。

背景技術

水稻作為模式生物，同時又是世界上最主要的糧食作物，是植物功能基因組學研究的重要材料。水稻葉片衰老可導致光合能力的降低進而影響光合產物的形成和積累，因此，葉片早衰是水稻高產的主要限制因素之一^[1]。當植物處于逆境時，為使種質得以延續，也會產生一種程序性細胞死亡的葉片衰老^[2]。葉片早衰通常會導致水稻灌漿不足、結實率下降、千粒重變小等。在一些雜交稻組合中，功能葉過早衰老直接縮短了葉片的光合作用能力，導致光合產物積累的減少，進而影響水稻的產量。相反，延緩水稻葉片的衰老，則提高水稻產量^[3]。過早的衰老對植物正常的生長發育會產生很大的負面影響，在水稻的生長過程中，早衰會嚴重限制水稻生育后期的生殖生長，是制約水稻高產潛力的發揮的重要因素之一，因此，通過對水稻葉片衰老相關基因的克隆和功能研究，揭示其遺傳調控機制，對于培育和創制抗衰老水稻品種具有重要的意義。

一般來講，葉片衰老總伴隨著葉片顏色的變化，葉色的改變主要是由于葉片內的葉綠體含量發生了改變。葉片的細胞死亡是有序的，首先是細胞質收縮，此時核糖體在數量上急劇減少，然后核膜和液泡膜相繼破裂，大量的水解酶進入細胞質內，導致死亡。植物衰老受很多信號的調節，這些信號有的是植物體內的激素等物質，有的是外部環境的脅迫或刺激，大部分信號對于PCD有同樣的促進或抑制作用^[4]。如CTK在延緩植物衰老的過程中的作用最大，主要是由于CTK參與了基因的表達調控，能在轉錄水平上調節RuBisco的表達，從而調節具有抑制衰老功能的光捕獲蛋白LHCP 11的表達^[5]；赤霉素在植物的生長發育過程中能極大地促進莖、葉的生長，抑制葉片黃化。有學者對葡萄栽培葉片噴施外源的激素GA3，結果發現GA3處理過的葉片中，它們的葉綠素和蛋白質含量有所下降，葉片黃化延緩了，這證實GA對植物衰老有抑制作用；有研究發現，6-BA能夠延遲葉片衰老，胡哲森(1998)設置了不同濃度梯度的6-BA用于處理油茶的葉片，發現油茶葉片的衰老明顯推遲；多數情況下，IAA不是抑制衰老的重要因子，但有實驗證明，生長素會引起細胞內一些物質的變化，如有些酶的活性會發生變化，葉綠素降解推遲，蛋白質水解、RNA降解等也和生長素有關系^[6]；相比之下，脫落酸和乙烯對植物葉片的衰老有促進作用，乙烯可通過加快SAGs(Senescence-associated genes)的表達，抑制光合基因的表達，從而促進衰老的形成。Grbic等學者用乙烯處理幼葉，結果發現SAGs的表達量沒有明顯變化，而用乙烯處理老葉，發現SAGs表達明顯上升，并有衰老現象的出現^[7]。ABA是僅次于乙烯的促衰劑，它主要是能誘導氣孔關閉^[8]。