一种水稻蜡质合成相关的蛋白质及其编码基因WSL5与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻蜡质合成相关的蛋白质及其编码基因WSL5与其在水稻育种中的应用。本发明专利技术提供了一种水稻蜡质合成相关的蛋白质，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。本发明专利技术还提供了一种编码权利上述蛋白质的基因WSL5，所述基因WSL5的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。上述基因WSL5在在改良水稻蜡质含量以及水稻抗生物和非生物胁迫中的应用。本发明专利技术分离并克隆鉴定了控制水稻蜡质合成基因WSL5，并通过互补实验进行基因功能验证。图位克隆的结果表明，该基因编码了一个氧化还原酶。本发明专利技术为培育蜡质含量丰富、抗胁迫的新品种，对于解决目前水稻品种易出现后期早衰、生产受环境影响等问题具有广阔的应用前景。

A Protein Related to Wax Synthesis in Rice and Its Coding Gene WSL5 and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种水稻蜡质合成相关的蛋白质及其编码基因WSL5与应用
本专利技术属于植物基因工程领域。具体的说，本专利技术涉及一种利用图位克隆技术克隆水稻WSL5(WaxCrystal-SparseLeaf5)基因，以及利用转基因互补实验鉴定该基因的功能；同时还涉及利用该基因对水稻叶片衰老的调控，用于改良水稻品种以提高产量。
技术介绍
蜡质是植物抵御来自外来环境侵害的第一道防护层，也是植物表面重要的防水层，对陆生植物防止非气孔类的水分蒸发起到重要作用。蜡质还能保护植物免受来自各种生物和逆境胁迫，比如，紫外线、强辐射、细菌、真菌、害虫以及高温或者冷冻害。水稻是我国最重要的粮食作物之一，提高其抗逆性是保障水稻安全生产、国家粮食安全的重要手段。因此，对不同蜡质合成突变体的研究是揭示水稻叶片蜡质的合成和调控机理，为利用生物技术手段重建水稻的蜡质层来增强作物抗逆能力，对提高水稻在逆境条件下的产量提供新途径具有重要意义。蜡质的主要成分是各种可溶解于有机物的脂类物质，主要是C20-C34的超长链脂肪酸及其相应的醇类、酯类、醛类、烷类以及酮类衍生物。水稻的叶片和叶鞘蜡质主要成分是伯醇、醛类以及脂肪酸，而烷类含量则不到蜡质总量的15％。而水稻花药表面蜡质的主要成分则是烷类和烯烃类，大约占总量的90％。植物表皮蜡质的合成是在表皮细胞内完成的，合成过程主要包括：脂肪酸在质体中从头合成C16和C18脂肪酸，随后转运到内质网上延伸为C20-C36的超长链脂肪酸(verylong-chainfattyacid,VLCFA)，进一步通过醇合成途径和烷烃合成途径合成不同的蜡质组分。随着一些蜡质缺失突变体的发现，在水稻中已经克隆出13个蜡质相关基因。Wax-DificientAnther1(WDA1)基因是水稻中第一个被克隆的蜡质相关基因，在花药表皮细胞中特异表达，wda1突变体花药表面蜡质晶体减少，小孢子发育受阻，花粉外壁发育异常，导致雄性不育；而Crystal-SparesLeaf1(wsl1)突变体叶片表面蜡质减少，还表现生长迟缓、育性下降、叶片融合以及抗旱能力降低，表明WSL1基因还可能参与了水稻生长和发育相关脂类合成。ONION1和ONION2基因参与超长链脂肪酸的合成，在茎顶端分生组织和发育中的侧器官的最外层中特异表达。两个突变体外层表皮细胞发育异常，生长迟缓，最终死亡；gl1-2突变体表皮层变薄，表面蜡质晶体减少，耐旱能力下降。DWA1主要参与干旱胁迫下的蜡质合成。过表达DWA1的植株超长链脂肪酸含量上升；dwa1在干旱处理后表面蜡质含量下降，许多与蜡质相关基因表达受到抑制，对干旱更为敏感。waxsynthesisregulatorygene1(WR1)和WR2是两个蜡质调控类基因。WR1基因的表达受到干旱、ABA和盐胁迫的诱导，过表达WR1植株表面蜡质含量增加，RNAi干扰植株则下降，进一步研究表明，WR1基因能够结合到蜡质相关基因OsLACS1和OsFAE1-L启动子上，调控基因表达，影响水稻表面的蜡质合成代谢。而过表达WR2同样调控叶片表面蜡质以及角质含量，并能增强水稻的抗旱能力。WSL4编码β-ketoacyl-CoA合酶(KCS)，参与长链脂肪酸合成的第一步，WSL3基因编码β-ketoacyl-CoA还原酶(KCR)，催化脂肪酸链延长的第二步反应。WSL3和WSL4在水稻所有组织中均有表达，并都定位于内质网膜。wsl3和wsl4突变体叶片表面蜡质层变薄，脂肪酸组分发生变化(Ganetal.,2016；Wangetal.,2017)。虽然已有的水稻蜡质合成突变体和基因对蜡质合成和调控分子机理的揭示起到了重要的作用，但是其分子机理有待进一步研究。本专利技术通过图位克隆技术分离并克隆到蜡质合成基因WSL5，该基因编码一个氧化还原酶(3-oxoacyl-reductase)，细胞学和生物化学分析表明，该基因影响水稻叶片表面的蜡质分布和含量，转基因功能互补实验鉴定了该基因的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水稻蜡质合成相关的蛋白质及其编码基因WSL5与其在水稻育种中的应用。本专利技术提供了一种水稻蜡质合成相关的蛋白质，其氨基酸序列如SEQIDNO：2所示。该蛋白质还包括在SEQIDNO：2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个氨基酸或其他物种的同源序列而生成的氨基酸序列或衍生物。本专利技术还提供了一种编码权利上述蛋白质的基因WSL5，所述基因WSL5的核苷酸序列如SEQIDNO：1所示。该基因WSL5还包括在SEQIDNO：1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因或衍生物。上述基因WSL5在改良水稻蜡质含量以及水稻抗生物和非生物胁迫中的应用。作为本专利技术的基因WSL5的应用的改进：用具有SEQIDNO：1所示的核苷酸序列的基因转化水稻细胞，再将转化后的水稻细胞培育成植株。本专利技术的水稻脆秆突变体是由粳稻品种中花11的EMS诱变体库中筛选得到的。该突变体除了叶片表面蜡质分布稀，蜡质组分含量低，还表现出叶片早衰的现象。通过将突变体与正常水稻杂交，观察F2后代的分离确定该表型是一个基因引起；本专利技术采用图位克隆的方法克隆分离了水稻控制茎秆强度的基WSL5。WSL5基因是由LOC_Os04g30760基因发生了单碱基突变而来的，即序列SEQIDNO.1的第760位核苷酸G突变为A，导致编码的氨基酸发生了改变，生物信息学分析显示WSL5编码了蜡质合成途径中一个氧化还原酶(3-oxoacyl-reductase)。通过转基因技术，进行功能互补的转基因研究，结果表明本专利技术获得了使突变体wsl5的表型得以恢复为野生型的转基因水稻，证明了本专利技术正确克隆了WSL5基因。综上所述，本专利技术分离并克隆鉴定了控制水稻蜡质合成基因WSL5，并通过互补实验进行基因功能验证。图位克隆的结果表明，该基因编码了一个氧化还原酶。本专利技术为培育蜡质含量丰富、抗胁迫的新品种，对于解决目前水稻品种易出现后期早衰、生产受环境影响等问题具有广阔的应用前景。附图说明图1是野生型和wsl5突变体表型以及叶片水珠特性。图2是野生型和wsl5突变体叶片表面蜡质分布情况。图3是WSL5基因精细定位图。图4是功能互补实验转基因水稻表型以及叶片表面蜡质分布。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述。这些描述并不是对本
技术实现思路
作进一步的限定，以下实施例中的若未特别说明，所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、突变体材料的获得与表型分析通过EMS化学诱变粳稻品种中花11，筛选到一份蜡质合成减少的突变体wsl5，该突变体的性状经过多代自交已稳定遗传。该突变体表现为叶片表面沾水，水在野生型叶片凝聚成水珠，而突变体则为弥散表型，为典型的蜡质减少表型。通过扫描电镜检测发现wsl5叶片表面蜡质分布明显比野生型稀。在大田条件下与野生型相比，突变体还出现叶片早衰的现象。所有水稻材料种植于江西省南昌市江西农业大学试验田，常规管理。上述EMS化学诱变方法具体为：将中花11种子浸没于浓度在0.05～0.5mol/L的甲基磺酸乙酯30min，之后将种子发芽种植到大田，经过多代自交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水稻蜡质合成相关的蛋白质，其特征在于，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

【技术特征摘要】
1.一种水稻蜡质合成相关的蛋白质，其特征在于，其氨基酸序列如SEQIDNO：2所示。2.根据权利要求1所述的水稻蜡质合成相关的蛋白质，其特征在于，所述氨基酸序列还包括在SEQIDNO：2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个氨基酸或其他物种的同源序列而生成的氨基酸序列或衍生物。3.一种编码权利要求1或2所述的水稻蜡质合成相关的蛋白质的基因，其特征在于，所述基因的核苷酸序列如SEQIDN...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，周大虎，贺浩华，李婷，林小丽，姜志树，朱昌兰，傅军如，彭小松，陈小荣，欧阳林娟，
申请(专利权)人：江西农业大学，
类型：发明
国别省市：江西,36