[发明专利]高羊茅叶绿素降解代谢调控相关蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种叶绿素降解代谢调控相关蛋白及其编码基因与应用，特别是涉及高羊茅的叶绿素降解代谢调控相关蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

叶绿素是光合作用中捕获光的主要成分，在植物生长发育后期、叶片衰老或果实成熟时，叶绿素被大规模降解。叶绿素降解对叶片衰老过程中蛋白质氮的循环再利用具有重要意义（H?rtensteiner S,Annu Rev Plant Biol, 57: 55-77,2006）；同时叶绿素降解是衰老叶肉细胞的一种解毒方式(Matile et al. Plant Physiology and Biochemistry, 27: 595-604， 1989; Matile et al. Plant Physiology, 112: 1403-1409, 1996)。最新的叶绿素降解途径为：叶绿素首先脱去镁离子，生成脱镁叶绿素（pheophytin），然后脱镁叶绿素在PPH（Pheophytin Pheophorbide Hydrolase）[Silvia Schelbert，et al. The Plant Cell,21: 767–785,2009]，又称CRN1（Co-regulated with NYE1）[Ren G,et al.Journal of Integrative Plant Biology,52(5):496-504,2010]的作用下被脱去植醇形成脱镁叶绿酸(Phaeophorbide a,Pheide)。脱镁叶绿酸是叶绿素降解中最后的绿色色素，它的卟啉大环在脱镁叶绿酸加氧酶(Pheophorbide a oxygenase, PaO) 和红色叶绿素降解物还原酶(red chlorophyll catabolite reductase, RCCR) 的作用下经过两步反应被氧化开环。由于卟啉环裂解与叶片色素(绿色) 丧失有关，因此这一步是叶片衰老时叶色黄化的关键步骤。该氧化过程的中间产物是红色叶绿素代谢产物（RCC），最终产物是原初荧光叶绿素降解产物（primer fluorescent Chl catabolite, pFCC），它是有荧光的四吡咯线性分子。然后pFCC被运出叶绿体，其C（82）位被羟基化并运送入液泡。在液泡里因为pH值偏酸性，修饰过的FCCs的D环和?次甲基桥上发生非酶催化的异构，最后生成叶绿素最终代谢产物：非荧光叶绿素代谢产物（non- fluorescent Chl catabolite,NCCs）。叶绿素降解途径中的许多酶都已经被发现。

通过突变体（nye1-1）筛选和图位克隆，本实验室在国际上率先分离鉴定出了一个叶绿素降解代谢的关键调控基因AtNYE1（At4g22920,GenBank accession number :DQ437531）(Ren et al. Plant Physiol,2007, 144: 1429-1441.)。拟南芥滞绿突变体nye1-1，在黑暗处理6天后，还保持了50%的叶绿素含量，与此同时处理的野生型植株仅含有不到10%的叶绿素，然而在nye1-1中光合作用和衰老相关的过程均未受到明显影响，因此滞绿突变体nye1-1属于滞绿突变体类型中的C型即非功能性的滞绿突变体。过量表达AtNYE1可导致植株叶片黄化, 甚至出现白化苗。AtNYE1受各种衰老信号诱导，编码一个新的叶绿体蛋白。