[发明专利]OsDLS1基因在调控水稻叶片衰老及抽穗期方面的应用

说明书

本研究得到国家自然科学基金项目 (No. 31171515)及天津市应用基础及前沿技术研究计划重点项目（No. 11JCZDJC17900）的资助。

技术领域

本发明属于水稻整体生长发育情况改进技术领域，涉及对于水稻的育种、品种改良的研究工作，更具体地说是HD-Zip III家族成员OsDLS1基因，及其该基因在调控水稻叶片衰老及抽穗期方面的应用。

背景技术

我国是世界上最大的稻米生产国和消费国，水稻产量直接关系到我国粮食安全，因此提高水稻产量对确保我国农业持续稳定发展和社会稳定有十分重要的战略意义。我国在杂交水稻超高产育种中已取得了重大突破，杂交水稻产量大幅度提高。但是杂交水稻尤其是亚种间杂交水稻容易早衰，使籽粒充实度差（袁隆平1990）。植物的衰老是外界环境和基因网络共同作用的结果，是植物内基因程序性表达的结果。在不良外界环境的影响下，水稻叶片常会发生较早的衰老，叶片过早的变黄枯萎，从而使水稻营养生长不良，造成其生殖器官灌浆不盈，空秕粒增多，大大影响了水稻的产量。由于水稻叶片是水稻最主要的绿色器官之一，是水稻进行光合作用产生营养物质最主要的器官，水稻叶片早衰常引起库源关系转化紊乱，营养物质的产生及运输受阻，从而造成水稻减产。另外，水稻叶片早衰造成细胞结构过早的不合时宜的崩解，内膜系统破坏，大分子物质降解等使整个植株衰亡。因此，从水稻中分离衰老调控途径中重要的功能基因，深入研究其功能，弄清其在水稻叶片衰老过程中的调控途径，研究水稻叶片衰老的机理，发展和完善水稻叶片衰老调控网络，有利于解决水稻生长后期的早衰问题，对于进一步提高水稻产量，减少因不良环境而导致的水稻产量的损失，为水稻的分子育种提供设计方案，确保粮食安全具有重要的意义。

    另外，水稻的抽穗期是水稻的一个重要农艺性状，我国从低纬度海南地区(~ 22° N，短日照热带地区)到高纬度东北黑龙江地区(~ 45° N，长日照寒冷地区)都有栽培稻分布，甚至在黑河(~ 50° N)也有少量分布(徐文霞，1999)。栽培稻如此宽广的分布与水稻的一个重要农艺性状—抽穗期的适应性紧密相关，即水稻在长期的栽培驯化过程中，在人工选择条件下，一些适应当地环境条件的变异品种保存下来，使得其能在当地条件下抽穗开花，并得到推广应用。因此对水稻抽穗期适应性的分子机理研究可以为水稻的驯化历史及水稻未来的适应性推广提供新的证据和洞察力，对于水稻的育种、品种改良提供科学依据。

植物叶片对植物的生长发育至关重要，它可以通过光合作用将光能及CO₂转化成植物可以利用的有机化合物，以供其本身及植物其它组织器官的生长发育。近年来，水稻叶片过早衰老导致水稻减产引起了国内的重视，一些研究者从植物生理的角度进行了研究，例如低浓度的Ca²⁺能提高叶片中叶绿素含量和蛋白质含量，提高过氧化物酶活性，延缓叶片的衰老进程（朱诚等2002）；另外，通过降低库源比，能减缓杂交水稻叶片中蛋白质含量和叶绿素含量的下降（段俊等1997）。虽然国内外在生理生化方面已有数十年的研究，但对于植物叶片衰老的基因调控网络仍不清楚和完善。

正常生长条件下，植物叶片衰老是一个主动的过程。植物叶片衰老主要由叶龄信息控制的，当叶片发育成熟并达到一定的叶龄后，叶片细胞自动启动衰老程序。虽然植物叶片的衰老主要是由内在基因控制的一个主动过程，但其仍然受外界环境的影响。诱发植物衰老的外界因素主要包括一些生物及非生物胁迫。生物因素主要表现病虫害的侵染，当植物受到病虫伤害后，一方面，植物会启动自我保护机制，表现出一种超敏反应，从而诱发植物衰老。实际上，植物所产生的这种超敏反应也是一种细胞程序性死亡(Van Doorn, 2005)。诱发植物叶片衰老的非生物因素包括机械损伤、干旱、高温高热、及氧化胁迫等。这些非生物胁迫常与不同激素途径(乙烯、ABA、JA等调控途径)相互作用调控植物器官的衰老，例如向日葵中，HD-Zip转录因子家族成员HAHB4转录因子在病虫侵蚀、机械损伤及水分胁迫条件下表达量迅速上升。另外，当用乙烯或茉莉酸甲酯MeJA处理时，HAHB4的转录水平也迅速增加。过量表达HAHB4基因的转基因植株在用机械伤害处理前后，JA和乙烯的含量都增加了，表明HAHB4正向调控JA和乙烯的合成量，从而正向调控植物叶片的衰老(Manavella et al. 2008)。