一种水稻天门冬氨酰-RNA合成酶基因mYLC3及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻天门冬氨酰

【技术实现步骤摘要】
一种水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3及应用


[0001]本专利技术涉及植物基因工程
，特别涉及一种水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3及应用。

技术介绍

[0002]水稻是最重要的粮食作物之一，养活世界半数以上的人口。氮是水稻生长和发育所需的最重要的大量元素，直接影响水稻的产量。水稻从根系吸收的无机氮主要有铵态氮和硝态氮。厌氧条件的稻田中以铵态氮为主，所以水稻更喜欢利用铵态氮(Yamaya and Oaks 2004)。铵根离子主要是通过谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺
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酮戊二酸转氨酶吸收，然后运输到地上部分。一部分谷氨酰胺能够被合成天门冬酰胺和其它氨基酸或含氮化合物。
[0003]氮从根转运到茎，最重要的运输形式是谷氨酰胺和天门冬酰胺。在植物的木质部和韧皮部的小泡中，储存最丰富的氨基酸是谷氨酰胺，其次是天门冬酰胺。天门冬酰胺是植物氮长距离运输的最重要的氨基酸之一，同时植物的木质部和韧皮部的小泡中可以大量储存天门冬酰胺。天门冬酰胺具有高的碳氮含量，比其它酰胺更稳定，更适合储藏和运输。此外，天门冬酰胺具有更好的可溶性和流动性。因此，天门冬酰胺不仅是从根到茎，氮供应的主要形式，同时能够从成熟的器官再次转移到正在生长的叶片和发育的种子(Lea et al.,2007；Oliveira et al.,2001)。
[0004]天门冬酰胺主要是由天门冬酰胺合成酶(asparagine synthetase)合成的。水稻中有两个天门冬酰胺合成酶，OsASN1和OsASN2。OsASN1和OsASN2具有不同的组织表达模式和对铵的响应。通过基因敲除的方法，发现主要是OsASN1负责水稻根部天门冬酰胺合成(Ohashi et al.,2015)。大豆中过表达拟南芥SYNC1(asparaginyl
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tRNA synthetase)基因能够增加种子中游离氨基酸天门冬酰胺的含量和植株产量(Arifin,A,G et al 2019)。其次，天冬酰胺是以谷氨酰胺为底物合成的(Lea et al.2007)，谷氨酰胺合成酶基因的定位和表达同样影响天门冬酰胺的代谢。此外，氨酰
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tRNA合成酶(AARS)是蛋白质合成的关键酶之一，将氨基酸和它们特异
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tRNA连接，这也可能是生物界最早的蛋白质合成反应。植物蛋白质合成发生在细胞质，线粒体和叶绿体中，因此它们都有一套完整的氨酰
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tRNA合成酶。植物氨酰
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tRNA合成酶全部由核基因编码，在细胞质中翻译后，分别定位到细胞质、线粒体和叶绿体。天门冬氨酰
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tRNA合成酶催化天门冬氨酸和特异的tRNA合成反应。如果天门冬氨酰
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tRNA合成酶功能缺失，可能造成游离天门冬氨酸和非装载的tRNA的积累，影响氨基酸的代谢平衡。
[0005]综上所述天门冬酰胺对水稻生长发育十分关键，水稻中天门冬酰胺的合成、代谢、运输和再利用机制还不十分清楚，特别是如何提高水稻叶片中的天门冬氨酰的含量仍有待研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于上述技术的不足，而提供一种水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因
mYLC3及应用，具体包含一个水稻突变型YLC3基因(简写为mYLC3)的克隆和功能分析，以及该基因在提高水稻叶片中游离天门冬酰胺含量中的应用。
[0007]本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的。一种水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3，所述的水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3的核苷酸序列与SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列具有至少90％的同源性。
[0008]所述基因的核苷酸序列包括在Seq.ID No.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、等位基因或衍生物的核苷酸序列。
[0009]本专利技术同时提供了一种根据所述的水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3所编码的蛋白质，所述蛋白质的氨基酸序列与Seq ID No.2所示的氨基酸序列具有至少90％的同源性。
[0010]所述蛋白质的氨基酸序列为Seq ID No.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而生成的具有相同功能的氨基酸序列或衍生物。
[0011]本专利技术同时提供了一种含有所述的水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3在提高水稻叶片中游离氨基酸天门冬酰胺含量中的应用。
[0012]本专利技术的第一个目的是克隆了水稻mYLC3基因，突变型的mYLC3基因序列长1650bp(碱基对)，编码549个氨基酸。与YLC3基因相比，mYLC3基因的第1637位置的G突变为A,造成编码的精氨酸突变为赖氨酸。本专利技术的第二个目的是提供了调控叶片游离氨基酸天门冬酰胺含量的新方法。这种方法包括利用基因编辑方法，编辑mYLC3基因的特定碱基，提高水稻叶片中游离氨基酸天门冬酰胺的含量。
[0013]本专利技术的有益效果：从水稻EMS诱变的突变体库筛选到一个温敏转绿的突变体ylc3(young leaf chlorosis)，遗传方式为单隐性核基因突变。低温和高温条件下，苗期ylc3叶片的天门冬氨酸含量显著增加。图位克隆的结果显示YLC3编码细胞质定位的天门冬氨酰
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RNA合成酶(LOC_Os02g46130)，水稻ylc3中YLC3基因的C端发生了单碱基的突变，碱基G突变为A，造成氨基酸的替换。因此，mYLC3基因的突变，能够提高水稻叶片中天门冬酰胺的含量，增加了水稻叶片中游离氨基酸的储量，具有重要的育种价值。
附图说明
[0014]图1.不同生长温度下水稻ylc3的表型示意图；
[0015]图2.不同生长温度下ylc3突变体的光合色素含量示意图；
[0016]图3.抽穗期野生型和ylc3突变体的表型示意图；
[0017]图4 YLC3基因初步定位和基因突变位点示意图；
[0018]图5 YLC3基因组重测序分析示意图；
[0019]图6基因功能互补分析示意图；
[0020]图7 YLC3基因编辑示意图；
[0021]图8.YLC3的组织表达模式示意图；
[0022]图9 YLC3的细胞质定位示意图；
[0023]图10 YLC3的线粒体定位示意图；
[0024]图11 YLC3的功能域聚类分析示意图；
[0025]图12.YLC3的Motif聚类分析示意图；
[0026]图13.水稻ylc3叶片游离氨基酸含量测定。
具体实施方式
[0027]本专利技术中，若非特指，所采用的的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0028]在本专利技术的实施部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3，其特征在于：所述的水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3的核苷酸序列与SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列具有至少90％的同源性。2.根据权利要求1所述的水稻天门冬氨酰
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RNA合成酶基因mYLC3，其特征在于：所述基因的核苷酸序列包括在Seq.ID No.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、等位基因或衍生物的核苷酸序列。3.一种根据权利要求1或2所述的水稻天...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪家，龚雪，何海燕，王芳，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：