一种水稻类病变衰老调控基因及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻类病变衰老调控基因及应用。水稻类病变衰老调控基因，命名为水稻类病变衰老调控基因LEMS3，核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明专利技术通过图位克隆技术从水稻类病变早衰突变体lmes3中克隆控制水稻类病变衰老基因LMES3，功能互补实验证明LMES3是控制水稻衰老相关基因。通过透射电镜和光合速率，以及光反应和暗反应检测技术的观察，证明了本发明专利技术克隆的早衰基因对于水稻的生长发育，叶绿体中类囊体的完整性等均具有明显的调节作用。本发明专利技术还同时提供了上述基因的用途：利用基因工程技术可以把衰老基因的一些特异标记性状应用于水稻品种改良、产量增加和抗性筛选。

【技术实现步骤摘要】
一种水稻类病变衰老调控基因及应用
本专利技术涉及农业生物
，特别是涉及一种水稻类病变衰老调控基因及应用。
技术介绍
水稻是世界上重要的粮食作物，稻米的总产量占世界粮食作物产量第三位，仅低于玉米和小麦，但它加工简单，食用方便，可以维持较多人口的生活。全球约有35亿人，有一半的人口食用稻米，主要分布在亚洲、欧洲南部和热带美洲及非洲部分地区，就我国而言就有60％以上的人口以稻米为主食。植物叶片衰老是叶片发育的最终阶段，也是植物在长期进化过程中形成的适应性机制。作为叶片生长发育的最后阶段，叶片衰老由外部和内部信号引起，该过程包括细胞结构和生理变化，导致大分子(如叶绿素、蛋白质、核酸和脂质)的降解、营养物质的再分布和细胞结构的破坏，并受植物激素、一些代谢物的内源性因素以及光合作用的状态等调控。已有研究表明，植物衰老过程可划分为2个阶段：(1)可逆衰老阶段，该阶段细胞以活体状态存在，依然具备相关功能。当外界胁迫或内部信号消失后细胞便能很快恢复正常状态。(2)不可逆衰老阶段，此时细胞内的细胞器发生裂解，细胞膜通透性降低，细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐衰退，同时染色质开始降解，PCD发生，即产生的影响无法恢复。叶片作为水稻重要的源器官，为植株提供各种营养组分，包括大量的能量和有机物，以保证水稻正常的生长发育。而水稻的衰老亦最早体现在叶片上。经过大量的育种实践，发现叶片的早衰造成水稻叶片功能期的缩短，可利用营养物质的缺乏并严重影响籽粒的发育，从而导致水稻产量与品质的下降。因此，衰老进程在很大程度上决定了作物的产量及品质。水稻叶片衰老的形态学变化主要有3种：(1)由于叶绿素缺失导致大部分水稻叶片过早失绿而黄化，已精细定位的相关基因有etl1、etl2及pse1等；(2)叶片卷缩，从叶缘延伸至叶尖，进而扩展至整片叶，相关基因有rel2、es-t及wlt1；(3)病程相关蛋白(PRS)等导致叶片中部逐渐产生斑点，甚至局部坏死，相关基因有psl3和spl7等。水稻的衰老过程伴随着许多复杂的生理生化反应。其中，叶细胞显示出一些独特的结构和生理生化变化。最早的结构变化主要从叶绿体开始，首先是细胞质收缩和质膜破裂降解，接下来基粒片层和基质片层结构紊乱，以及形成一种被称为“质体小球”的脂滴，嗜锇颗粒的数量和体积也逐渐增加；同时，相关运输蛋白被激活，可利用的营养物质活化后被运输至库器官贮存；而RuBP羧化酶迅速降解导致光合能力急剧下降，叶片内蛋白质含量降低到正常水平以下；随之液泡崩裂，细胞器数量减少；然后在各种溶解酶的作用下，胞内不正常的酶活反应造成细胞液电解质紊乱，导致叶片气孔缩小、光合及蒸腾速率降低及运输能力下降等，最终导致细胞死亡。科学家利用物理辐射、化学诱变以及T-DNA插入等技术创造了大量的水稻叶片早衰相关突变体，且随着图位克隆技术的发展，水稻叶片早衰的相关研究快速发展。叶片衰老过程中，一些基因的表达会被抑制，也有的基因会促使其表达，这些在RNA或者蛋白的表达水平上发生明显变化的基因称为衰老相关基因(senescence-associatedgenes，SAGs)。主要包括激素途径相关基因、叶绿体发育及叶绿素降解相关基因、蛋白酶或物质转运代谢相关基因、转录因子家族相关基因以及光敏色素等其他途径相关基因。目前只有少数的水稻衰老基因被鉴定，仍有大量的植物衰老相关的基因有待鉴定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的水稻类病变衰老调控蛋白LMES3及其编码基因与应用。本专利技术首先提供了一种水稻类病变衰老调控基因，命名为水稻类病变衰老调控基因LEMS3，该基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示，其编码氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。本专利技术又提供了一种包含所述水稻类病变衰老调控基因的表达盒。本专利技术又提供了一种包含所述表达盒的重组表达载体。本专利技术还提供了所述的水稻类病变衰老调控基因在改良水稻抗病性和/或产量中的应用。优选的，所述的应用，通过将水稻类病变衰老调控基因LEMS3进行突变获得至少部分功能缺失或减弱的突变体植株。本专利技术又提供了所述的水稻类病变衰老调控基因在水稻育种中的应用。优选的，所述的应用，通过筛选获得水稻类病变衰老调控基因LEMS3表达降低的水稻植株来提高水稻的抗病性和/或产量。本专利技术还提供了一种改良水稻抗病性或产量的方法，将水稻中水稻类病变衰老调控基因LEMS3进行突变获得至少部分功能缺失或减弱的突变体植株，水稻类病变衰老调控基因LEMS3的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。本专利技术还提供了一种水稻育种方法，检测水稻植株中水稻类病变衰老调控基因LEMS3表达量，选择水稻类病变衰老调控基因LEMS3表达降低的水稻植株作为水稻育种的目标植株，水稻类病变衰老调控基因LEMS3的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。虽然延迟衰老可提高光合产物，但植株的成熟度往往会不一致，从而出现上部籽粒成熟，而基部还在灌浆的情况，导致收获早了品质不一致(间接导致品质下降)，收获晚了品质也不好(早熟的籽粒在南方秋季多雨的天气下已经开始发芽和发霉)。而另一方面，虽然水稻过早衰老，会由于营养物资积累不足，显著影响产量和品质。但在水稻的成熟后期，叶片适当提前衰老，可使稻米灌浆过程缩短和统一，将有利于营养物质统一转移至籽粒中，从而增加籽粒的充实度和饱满度(品质)，有利于保证产量和品质。此外，该基因(水稻类病变衰老调控基因LEMS3)突变后，突变体的抗病性增强，所以通过对该基因的进一步编辑(弱突变)，使其适当衰老，既可提高稻米品质，又可增加抗病能力。本专利技术通过图位克隆技术从水稻类病变早衰突变体lmes3中克隆控制水稻类病变衰老基因LMES3，功能互补实验证明LMES3是控制水稻衰老相关基因。通过透射电镜和光合速率，以及光反应和暗反应检测技术的观察，证明了本专利技术克隆的早衰基因对于水稻的生长发育，叶绿体中类囊体的完整性等均具有明显的调节作用。本专利技术还同时提供了上述基因的用途：利用基因工程技术可以把衰老基因的一些特异标记性状应用于水稻品种改良、产量增加和抗性筛选。附图说明图1是野生型Y32和突变体lmes3的表型比较，A-C：野生型Y32与lmes3突变体在分蘖期、抽穗期和成熟期的植株表型比较，左为野生型，右为lmes3；D-F：野生型与lmes3突变体在分蘖期、抽穗期和成熟期的叶片表型比较，G-I：野生型与lmes3突变体在分蘖期、抽穗期和成熟期的大田表型比较，左为野生型，右为lmes3。图2是LMES3基因的定位图，A：LMES3初步被定位在第5号染色体标记RM3476和P13之间；B：LMES3最终被定在BACAC129718中55Kb的区间内；C：LMES3的基因结构图，通过对该区域的突变体和野生型亲本基因组DNA序列测序比对分析，结果发现在基因LMES3(LOC_Os05g41290)的CDS序列第3241个碱基G突变成A，导致氨基酸由谷氨酸(Glu)变成赖氨酸(Lys)。图3是功能互补载体pCAMBIA1300-LMES3的图谱。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水稻类病变衰老调控基因，命名为水稻类病变衰老调控基因LEMS3，核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。/n

【技术特征摘要】
1.一种水稻类病变衰老调控基因，命名为水稻类病变衰老调控基因LEMS3，核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。


2.一种包含权利要求1所述水稻类病变衰老调控基因的表达盒。


3.一种包含权利要求2所述表达盒的重组表达载体。


4.如权利要求1所述的水稻类病变衰老调控基因在改良水稻抗病性和/或产量中的应用。


5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，通过将水稻类病变衰老调控基因LEMS3进行突变获得至少部分功能缺失或减弱的突变体植株。


6.如权利要求1所述的水稻类病变衰老调控基因在水稻育种中的应用。


7....

【专利技术属性】
技术研发人员：方云霞，薛大伟，饶玉春，王小虎，张晓勤，张弦，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33