IDD类蛋白及其相关生物材料在控制水稻叶片结构中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一组IDD类蛋白及其相关生物材料在控制水稻叶片结构中的应用。本发明专利技术属于生物技术领域，具体涉及一组IDD类蛋白及其相关生物材料在控制水稻叶片结构中的应用。本发明专利技术提供了蛋白质OsIDD12和OsIDD13或调控其表达物质或调控蛋白质活性或含量的物质在调控植物叶片结构中的应用。实验证明，蛋白质OsIDD12和OsIDD13可以调控水稻叶片结构，通过基因敲除OsIDD12和OsIDD13发现，蛋白质OsIDD12和OsIDD13可以控制水稻叶片叶脉数量和叶脉密度增加，对优势C4水稻创制和水稻育种具有重要的理论意义。具有重要的理论意义。

【技术实现步骤摘要】
IDD类蛋白及其相关生物材料在控制水稻叶片结构中的应用


[0001]本专利技术属于生物
，具体涉及一组IDD类蛋白及其相关生物材料在控制水稻叶片结构中的应用。

技术介绍

[0002]光合作用为水稻的生长发育提供了物质来源和能量来源，也是的水稻结实后籽粒中积累淀粉和其它营养物质的代谢基础，提高光合作用的效率是水稻增产的关键基础。水稻是典型的C3植物，催化光合作用暗反应的开尔文循环中的关键酶是核酮糖
‑
1,5
‑
二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCo)。RuBisCo羧化效率低，且RuBisCo同时具有羧化酶和加氧酶的活性，植物经常性的气孔关闭导致的叶片内低CO2环境促使RuBisCo加氧酶活性增加而消耗大量有效光合产物，造成光合效率的降低；且气孔关闭同时促进C3水稻的光呼吸,光呼吸则极大降低了光合效率，报道光呼吸至少让水稻损失了30％的理论产量。
[0003]自然界中演化出了高光效的C4植物，其CO2的固定由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)在叶肉细胞中完成，PEPC具备很高羧化效率，一般认为其转化效率是RuBisCo羧化酶数的千倍。PEPC的高效降低了C4光合作用对羧化酶数量的需要，从而很大程度上降低C4植物对N素的需求(为了满足光合作用，叶片超过50％的蛋白是RuBisCo)。C4植物CO2固定在两类型的细胞中完成，PEPC催化羧化反应在叶肉细胞中进行，其产生的4碳产物运输到维管束鞘细胞后经过脱羧反应释放并CO2随后完成开尔文循环，CO2在叶鞘细胞中得以浓缩而抑制了RuBisCo的加氧酶活性同时也抑制了光呼吸从而大大提高了光合效率。C4植物由于仅需要少量的PEPC即可满足CO2羧化作用而获得比C3植物更高的氮素利用率。同时C4植物中CO2的浓缩机制使其在高温和水分亏缺气孔关闭后仍然能维持一定的光合作用，这样C4植物具有更高水分利用效率。
[0004]将C4途径引入C3作物水稻是一种具有极大提高光合效率潜力的技术途径，同时还带来了水稻的水分利用率和氮素利用率的提升，符合高产高效和环境友好的农业生产的要求。C4光合作用需要在两类细胞中(参见图1)完成，其中叶肉细胞仅具备固定CO2的功能(由PEPC完成)，维管束鞘细胞则进行CO2同化的开尔文循环。C4植物也相应地进化出与C4光合途径相适应高叶脉密度的特殊解剖学结构，C4植物叶片中相邻的叶脉(维管束)之间，维管束鞘细胞与叶肉细胞的比例为1：1，这是所有C4禾本科植物包括玉米，谷子和高粱等作物都备的特异性解剖学结构(参见图1下图)。而水稻等C3光合类作叶片中相邻的叶脉(维管束)之间，维管束鞘细胞与叶肉细胞的比例约为1：4(参见图1中上图)。增加叶脉数目/密度或者减少叶肉细胞数目/密度是使水稻叶片结构改变形成类似C4叶片结构的关键。水稻叶脉类型为单子叶植物类典型平行脉，由叶片中央一条中脉(主脉)和中脉两侧多条大脉以及大脉之间很多的小脉沿叶片纵向(轴)平行构成，这些平行脉之间通过连接脉在叶片横向上连接(参考文献：Sakaguchi J.&Fukuda H.，Cell differentiation in the longitudinal veins and formation of commissural veins in rice(Oryza sativa)and maize(Zea mays),Journal of plant research,2008,121:593
‑
602)，大脉文献中也称作大维管束，小
脉称作小维管束(参考文献：邹良平，彭明，水稻叶脉发育的研究进展,中国农业科技导报,2013,(1):43
‑
47)。
[0005]目前科学家已经成功地把C4光合途径需要的多个酶导入到水稻中，但是没有能建立起有效的C4同化过程，造成这一结果的原因是没有在水稻叶片中同步构建C4类似的解剖学结构。这进一步的提示了C4水稻的成功不仅仅需要C4的代谢相关酶类的正确表达，更需要与之配合的C4叶片解剖学结构。目前仅有很少报道控制叶片中叶脉密度基因，且水稻中还没有相关基因控制叶片形成类C4解剖学结构的基因的报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是如何在水稻叶片中同步构建与C4植物类似的解剖学结构。
[0007]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在调控植物叶片结构中的应用。
[0008]本专利技术所提供的应用为蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在下述任一种中的应用：
[0009]1)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在调控植物叶片结构中的应用；
[0010]2)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备调控植物叶片结构的产品中的应用；
[0011]3)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在培育叶片结构改变的植物中的应用；
[0012]4)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备培育叶片结构改变的植物的产品中的应用；
[0013]5)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在植物育种中的应用；
[0014]所述蛋白质为如下任一所示蛋白质：
[0015]G1)氨基酸序列是SEQ ID No.1的蛋白质和氨基酸序列是SEQ ID No.3的蛋白质组成的组合物；
[0016]G2)氨基酸序列是SEQ ID No.1的蛋白质或氨基酸序列是SEQ ID No.3的蛋白质；
[0017]G3)将G1)和G2)的蛋白质经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与A1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且具有调控植物叶片结构相关功能的蛋白质；
[0018]G4)在G1)或G2)的N末端或/和C末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质。
[0019]上文所述氨基酸序列是SEQ ID No.1的蛋白质的名称为OsIDD12。
[0020]上文所述氨基酸序列是SEQ ID No.3的蛋白质的名称为OsIDD13。
[0021]上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。
[0022]上述蛋白质中，所述标签是指利用DNA体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述标签可为Flag标签、His标签、MBP标签、HA标签、myc标签、GST标签和/或SUMO标签等。
[0023]上述调控叶片结构可为调控叶脉数目/密度和/或叶脉之间叶肉细胞数量/密度。
[0024]上述应用中所述的蛋白质来源于水稻(Oryza sativa)。
[0025]本文中，调控所述蛋白质活性和/或含量的物质可为调控基因表达的物质，所述基因编码所述蛋白质OsIDD12和OsIDD13。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用，其特征在于：所述应用为下述任一种：U1)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在调控植物叶片结构中的应用；U2)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备调控植物叶片结构的产品中的应用；U3)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在培育植物叶片结构改变的植物中的应用；U4)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备培育植物叶片结构改变的植物的产品中的应用；U5)蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在植物育种中的应用；所述蛋白质为如下任一所示蛋白质：G1)氨基酸序列是SEQ ID No.1的蛋白质和氨基酸序列是SEQ ID No.3的蛋白质组成的组合物；G2)氨基酸序列是SEQ ID No.1的蛋白质或氨基酸序列是SEQ ID No.3的蛋白质；G3)将G1)和G2)的蛋白质经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与A1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且具有调控植物叶片结构相关功能的蛋白质；G4)在G1)或G2)的N末端或/和C末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述蛋白质来源于水稻。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质为与所述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料为下述中的任一种：c1)编码权利要求1中所述蛋白的核酸分子；c2)含有c1)所述核酸分子的表达盒；c3)含有c1)所述核酸分子的重组载体、或含有c2)所述表达盒的重组载体；c4)含有c1)所述核酸分子的重组微生物、或含有c2)所述表达盒的重组微生物、或含有c3)所述重组载体的重组微生物；c5)含有c1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有c2)所述表达盒的转基因植物细胞系；c6)含有c1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有c2)所述表达盒的转基因植物组织；c7)含有c1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有c2)所述表达盒的转基因植物器官；e1)抑制或降低或沉默权利要求1或2所述蛋白编码基因表达的核酸分子；e2)含有e1)所述核酸分子的表达盒；e3)含有e1)所述核酸分子的重组载体、或含有e2)所述表达盒的重组载体；e4)含有e1)所述核酸分子的重组微生物、或含有e2)所述表达盒的重组微生物、或含有e3)所述重组载体的重组微生物；e5)含有e1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有e2)所述表达盒的转基因植物
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙学辉，李昊澍，吴苏亭，滕守振，张治国，路铁刚，
申请(专利权)人：中国农业科学院生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：