一種調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)及其基因和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)及其基因和應用。該基因編碼蛋白是具有SEQIDNO:2所示的氨基酸序列，該編碼基因具有SEQIDNO:1所示的核苷酸序列。該水稻葉綠體發(fā)育編碼基因發(fā)生突變可導致幼葉、劍也以及幼穗白化，近光合速率減弱。將其應用于植物遺傳改良等工作，是重要的指示基因，可作為目的基因應用于雜交水稻制種，可以方便檢測雜交后代的純度，將其過量表達有利于提高植物的光合作用，可應用于植物高光效育種。
【專利說明】一種調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)及其基因和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于植物基因工程領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種利用圖位克隆技術克隆水稻W(wǎng)P4基因(其編碼蛋白質(zhì)為水稻腺苷激酶，OsAKl)以及利用轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炶b定該基因的功能，同時利用該基因調(diào)節(jié)葉綠體發(fā)育，提高光合速率，應用于水稻制種及高光效育種中。
【背景技術】
[0002]葉片是植物進行光合作用的主要器官，水稻籽粒中2/3以上的干物質(zhì)是開花后通過光合作用獲得的(王旭軍et al.2005)，光合作用的效率與葉綠體結(jié)構(gòu)和功能是否完整、光合作用復合體的穩(wěn)定性、葉綠素含量的高低都有著復雜的關系。近年來，葉色的應用價值備受關注，葉色變異可以作為標記性狀，在水稻雜交育種和良種繁育發(fā)揮重要作用，不但可以用于苗期剔除受外源花粉污染的種子和假雜種，還可以用于測定種子純度(章志興and陳善福2001)。另外，葉色突變體的研究對有效利用基因工程提高水稻的光合能力，培育高光效水稻，增加水稻產(chǎn)量具有重要的理論意義和應用價值。
[0003]目前，利用水稻葉色突變體，已經(jīng)克隆出多個參與或調(diào)控葉綠素代謝和葉綠體發(fā)育的基因，通過分析基因功能、表達模式、基因間互作以及核-質(zhì)信號傳導，初步了解了水稻葉色形成及調(diào)控機理。目前為止，在擬南芥葉綠素合成過程中的關鍵酶都已鑒定出來(Nagata 2005)，但在水稻中只有少數(shù)基因被鑒定出來，其他基因還有待進一步發(fā)現(xiàn)。此外，葉綠素降解的調(diào)控機制尚未明朗，核-質(zhì)互作的機理尚不清晰，有待深入進一步研究。
[0004]植物腺苷激酶(Adenylate kinase, AK, AMK)催化腺苷三磷酸(ATP)使腺苷酸(AMP)磷酸化而生成腺苷二磷酸(ADP)反應的酶，逆反應由2個分子ADP生成ATP和AMP。在能量代謝、腺嘌呤核苷酸平衡等方面起著關鍵的作用。在植物中很多腺苷激酶都定位于葉綠體基質(zhì)中。在水稻種腺苷`激酶基因突變對水稻代謝發(fā)育的影響目前沒有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的問題是提供一種從水稻白葉白穗突變體中克隆的新基因WP4，該基因編碼一個腺苷激酶蛋白(OsAKl)，調(diào)控葉綠體的發(fā)育與光合速率。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種調(diào)控葉綠體發(fā)育與光合速率的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)具有SEQ ID N0.2 (即序列表中的序列2)所不的氣基酸序列，且由基因WP4編碼。
[0007]作為本發(fā)明的蛋白質(zhì)的改進:氨基酸序列還包括在SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入和缺失一個或多個氨基酸生成的衍生物。
[0008]本發(fā)明還同時提供編碼上述蛋白質(zhì)的基因，其具有SEQ ID N0.1 (即序列表中的序列I)所示的核苷酸序列。
[0009]作為本發(fā)明的基因的改進:核苷酸序列還包括在SEQ ID N0.1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入和缺失一個或多個核苷酸生成的突變體、等位基因和衍生物。
[0010]本發(fā)明還同時提供了上述基因的用途:用于構(gòu)建轉(zhuǎn)基因水稻。[0011]本發(fā)明還同時提供了一種轉(zhuǎn)基因植物細胞，為包含本發(fā)明所述基因的轉(zhuǎn)基因植物細胞。
[0012]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用WP4基因進行高效的植物轉(zhuǎn)化方法，具體地說，本發(fā)明提供了具有SEQ ID N0.1所示的序列片段載體。
[0013]本發(fā)明的具體實施步驟如下:
一、水稻白條紋葉白穗突變體wp4的分離和表型分析
本研究突變體wp4為水稻，田間表型觀察發(fā)現(xiàn)該突變體的主要特征是:苗期表現(xiàn)出白條紋葉、隨后會轉(zhuǎn)綠，但是抽穗期及抽穗后劍葉、劍葉鞘及幼穗表現(xiàn)出嚴重的白條紋或白化，株高略矮(圖1)。葉綠素測定結(jié)果顯示突變體wp4的幼苗、劍葉、劍葉鞘和幼穗的葉綠素含量顯著低于野生型(圖2)。利用透射電鏡(TEM)觀察野生型和wp4的劍葉及幼穗的葉綠體超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)野生型的葉綠體含有正常的片層結(jié)構(gòu)，而wp4細胞中含有較少且結(jié)構(gòu)異常的葉綠體(圖2)。同時對抽穗后野生型及突變的凈光合速率測定發(fā)現(xiàn)wp4的光合能力顯著低于野生型(圖2)。
[0014]表1.突變植株與正常植株在不同F(xiàn)2群體中的分離
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)，其特征在于該蛋白質(zhì)具有SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列。
2.如權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)，其特征在于所述的氨基酸序列還包括在SEQID N0.2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一個或多個氨基酸或其他物種的同源序列而生成的氨基酸序列或衍生物。
3.一種編碼如權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)的基因，其特征在于該基因具有SEQ ID N0.1所示的核苷酸序列。
4.如權(quán)利要求3所述的基因，其特征在于所述的核苷酸序列還包括在SEQID N0.1所示的核苷酸序列中添加、取代，插入或缺失一個或多個核苷酸而生成的突變體、等位基因或衍生物。
5.含有權(quán)利要求3或4所述的調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)編碼基因的轉(zhuǎn)基因細胞系。
6.含有權(quán)利要求3或4所述的調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)編碼基因的轉(zhuǎn)基因重組菌。
7.含有權(quán)利要求3或4所述的調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)編碼基因在培育葉綠體發(fā)育狀況變化的轉(zhuǎn)基因植物中的應用。
8.含有權(quán)利要求3或4所述的調(diào)控葉綠體發(fā)育及光合速率的蛋白質(zhì)編碼基因的在培育高光合速率的轉(zhuǎn)基因植物中 的應用。
【文檔編號】C12N5/10GK103497939SQ201310396837
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】魏祥進, 胡培松, 唐紹清, 邵高能, 焦桂愛, 謝黎虹, 圣忠華, 宋建, 劉聰利 申請人:中國水稻研究所