一种水稻叶色调控基因YL1及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻叶色调控基因YL1及其应用，所述基因核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，编码的蛋白质序列如SEQ ID NO.2所示。本发明专利技术通过图位克隆技术获得新的水稻叶色性状调控基因YL1，并通过转基因功能互补实验验证了所述基因的功能。YL1与叶绿体ATPase蛋白复合体亚基AtpB存在互作，YL1基因的突变导致叶绿体ATPase活性下降，引起光合相关蛋白表达量降低、叶绿体发育受损、叶绿素含量下降，产生黄叶表型。利用本发明专利技术蛋白和编码基因可以进一步阐释水稻叶色调控分子机制，同时可用于作物遗传改良，对创制高光效育种具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种黄叶调控基因，特别涉及一种水稻黄叶调控基因YL1(YellowLeaf1)及利用该基因调控植物叶绿体发育，提高光合作用效率的应用。(二)
技术介绍
水稻是世界三大粮食作物之一，有超过一半的人口以稻米作为主食。在我国，水稻是第一大粮食作物，其种植面积约占粮食作物总种植面积的28％，产量约占粮食总产量的35％(Nationaldata,2012,http://www.stats.gov.cn/tjsj/)。因此，水稻的高产稳产对保障我国粮食安全具有极其重要的意义。叶片是植物进行光合作用的主要场所，对干物质积累有重要影响，水稻叶色发生变化大多情况下会影响水稻的产量。研究表明，导致叶色变化的主要原因是植物体内叶绿素合成、降解或叶绿体发育相关基因的发生突变，影响了叶绿素的生物合成和降解过程，导致叶片中叶绿素的含量发生变化，最终导致了叶色的变化。水稻叶色突变体表型明显，易于观察，已广泛应用于生产实践和科学研究中。除作为性状标记应用于新品种培育外，叶色突变体对于研究植物叶绿体发育、光形态建成等方面具有重要的作用。基于Gramene网站和国家水稻数据中心的研究结果整理，迄今为止已有大约40个水稻黄叶突变体基因被定位和克隆，大部分主要通过参与叶绿素的生物合成以及影响叶绿体的发育两个途径来调控叶色变异。OsCHL1和OsCHL9编码叶绿素生物合成过程中镁离子螯合酶亚基，该基因功能失活会导致水稻整个生育期内叶片呈现浅黄绿色；FLG(OsPORB)编码原叶绿酸酯氧化还原酶B，该酶能保证植物在强光照射下正常合成叶绿素，突变后会导致水稻叶片退绿黄化；OsDVR基因编码联乙烯叶绿素酸酯还原酶，联乙烯叶绿素酸酯a在该酶的催化作用下生成单乙烯叶绿素酸酯a，乙烯叶绿素酸酯a能在叶绿素酸酯a氧化酶OsCAO1/OsCAO2作用下经一系列反应生成叶绿素b，也能在叶绿素合成酶YGL的催化作用下生成叶绿素a，因此该过程中的任一基因功能受阻或失活都会直接影响叶绿素a和叶绿素b的合成，导致水稻叶片变黄。此外，利用水稻叶色突变体，部分叶绿体发育和分化相关的基因也相继被克隆，包括V1(Kusumietal.,1997)、V2(Sugimotoetal.,2004)、OsPPR1(Kodiverietal.,2005)、V3、STRIPE1(Yooetal.,2009)、YSA(Suetal.,2012)、VYL(Dongetal.,2013)、AM1(Shengetal.,2014)、OsDG2(Jiangetal.,2014)、GRY79(Wanetal.,2015)、ASL2(Linetal.,2015)等。其中V1编码叶绿体蛋白NUS1，该蛋白控制叶绿体发育前体中与叶绿体分化相关基因的转录与翻译，V1基因突变导致水稻苗期低温黄化。V2编码一个定位在质体和线粒体上新型的鸟苷酸激酶(pt/mtGK)，该基因的突变导致叶绿体分化受到抑制，尤其在叶片发育早期破坏叶绿体的蛋白翻译机制。V3和STRIPE1分别编码RNR(核糖核酸还原酶)大亚基RNRL1和小亚基RNRS1，参与调节DNA合成和修复过程中脱氧核糖核苷酸的形成速率，这两个基因的突变会影响叶绿体的正常发育，当突变体表型对温度敏感。尽管已有众多基因被克隆，但植物叶绿体的生物合成和发育是一个及其复杂的过程，受到核基因和自身质体基因组的共同调控，因此发掘新的水稻叶色突变体，克隆其调控基因对揭示叶绿素生物合成和叶绿体发育的分子机理以及水稻高产育种实践具有重要的意义。本专利技术通过EMS诱变分离得到了一个黄叶突变体，该突变体整个生育期均呈现黄叶表型。运用图位克隆技术，我们首先克隆了YL1(YellowLeaf1)基因，该基因编码一个含165个氨基酸的蛋白，其中包含1个跨膜区域但未发现其它已知功能的结构域。我们已通过基因功能互补实验鉴定了该基因的功能，并从生理、分子水平探究该基因可能的生物学功能。(三)
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种调控水稻叶色变异的基因及其编码的蛋白质，以及利用所述基因调控植物叶绿体发育和对水稻叶片颜色进行改造的方法。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种水稻叶色调控基因YL1，所述基因核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。本专利技术还包括与SEQIDNO.1至少有70％同源性的基因序列，也包括在取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而产生的突变体、等位基因或衍生物，还含具有相同功能并能达到本专利技术目的的基因序列。本专利技术还提供一种所述水稻叶色调控基因YL1编码蛋白，所述编码蛋白氨基酸序列为SEQIDNO.2所示。本专利技术还包括与SEQIDNO.2所示序列至少具有60％的同源性，包括在SEQIDNO.2序列中进行氨基酸的替换、插入或缺失氨基酸所获得的功能类似物。本专利技术还涉及一种所述水稻叶色调控基因YL1构建的重组载体。该载体可以表达由上述核酸序列编码的多肽或同源类似物。本专利技术还涉及一种所述重组载体转化制备的转化子，包括大肠杆菌、农杆菌和植物细胞。此外，本专利技术还提供一种所述水稻叶色调控基因YL1在调控水稻叶色中的应用。所述调控是通过RNAi、基因敲除或基因失活的方法降低水稻叶色调控基因YL1编码蛋白的表达或活性，从而使水稻叶色变淡或变黄。所述调控还可以是通过导入水稻叶色调控基因YL1互补序列抑制水稻叶色调控基因YL1编码蛋白的表达或活性，从而使变淡或变黄的水稻叶色恢复正常。本专利技术的具体步骤如下：1.水稻黄叶突变体yl1-1的分离：本专利技术涉及的水稻黄叶突变体yl1-1是由籼稻品种蜀恢527(购自中国农科院作物品种资源库)经EMS诱变产生，该突变体整合生育期均表现为黄叶表型，如图1所示。通过yl1-1与野生型水稻的正交实验，证明该突变体受隐性单基因控制。2.图位克隆控制水稻叶色调控基因YL1:①YL1基因的初定位。为分离YL1基因，本专利技术首先通过yl1-1与粳稻品种日本晴杂交构建了F2定位群体，通过图位克隆的方法，利用SSR、STS等分子标记对YL1位点进行初定位，将目标基因初定位于水稻第2染色体顶端，介于RM7562和RM3703两个分子标记之间(图2)。②YL1的精细定位及候选基因预测。通过对RM7562和RM3703标记之间的BAC序列分析发展新的STS标记，并进一步将YL1目标区间缩小至约199Kb的区间内，位于BACAP007224和AP005869上YP2344和YP2392两个分子标记之间，通过对该区间内开放阅读框的预测和测序分析，推测YL1候选基因。3.YL1基因的鉴定和功能分析：通过转基因功能互补实验，结果表明本专利技术获得了使yl1-1突变体获得正常表型的转基因水稻(图2)，证明本专利技术正确克隆了YL1基因。氨基酸序列分析表明YL1存在一个跨膜区域，但不含有任何已知功能的结构域。本专利技术有益效果主要体现在：本专利技术通过图位克隆技术获得新的水稻叶色性状调控基因YL1，并通过转基因功能互补实验验证了所述基因的功能。本专利技术实验证明，YL1是水稻叶绿体正常发育所需的。YL1与叶绿体ATPase蛋白复合体亚基AtpB存在互作，YL1基因的突变导致叶绿体ATPase活性下降，引起光合相关蛋白表达量降低、叶绿体发育受损、叶绿素含量下降，产生黄叶表型。本专利技术对YL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水稻叶色调控基因YL1，其特征在于所述基因核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

【技术特征摘要】
1.一种水稻叶色调控基因YL1，其特征在于所述基因核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。2.一种权利要求1所述水稻叶色调控基因YL1编码蛋白，其特征在于所述编码蛋白氨基酸序列为SEQIDNO.2所示。3.一种权利要求1所述水稻叶色调控基因YL1构建的重组载体。4.一种权利要求3所述重组载体转化制备的重组基因工程菌。5.一种权利要求1所述水稻叶色调控基因YL...

【专利技术属性】
技术研发人员：于彦春，陈飞，武丽敏，杨兴政，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33