[发明专利]一种高温逆境下调控叶绿体发育的蛋白质及其基因和应用

说明书

本发明公开了一种高温逆境调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质及其基因和应用。该基因编码蛋白是具有SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列，该编码基因具有SEQ ID NO:1所示的基因组核苷酸序列，具有SEQ ID NO:3所示的CDNA核苷酸序列。该水稻叶绿体发育编码基因发生突变可导致幼高温白化苗死亡以及幼穗白化，净光合速率减弱。将其应用于植物遗传改良等工作，是重要的指示基因，可作为目的基因应用于杂交水稻制种，可以方便检测杂交后代的纯度，将其过量表达有利于提高植物的光合作用，可应用于植物高光效育种。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体地说，本发明涉及一种利用图位克隆技术克隆水稻WLP2基因(其编码蛋白质为类果糖激酶1，OsFLN1）以及利用转基因实验鉴定该基因的功能，同时利用该基因调节叶绿体发育，提高光合速率，应用于水稻两系不育系制种及高光效育种中。

背景技术

水稻作为世界上最主要的粮食作物之一,其产量在全球粮食问题中起着举足轻重的作用（王旭军et al.2005）。一切动物植物的能量最终来源都是太阳能，而光合作用作为生命最重要的能量代谢过程，其效率直接决定水稻的产量以及品质等性状。作为光合反应的发生器，研究叶绿体的发育进程及其调控光合效率机理，有效利用基因工程提高水稻的光合能力，培育高光效水稻，增加水稻产量具有重要的理论意义和应用价值。近年来，叶色的应用价值备受关注，叶色变异可以作为标记性状，在水稻杂交育种和良种繁育发挥重要作用，不但可以用于苗期剔除受外源花粉污染的种子和假杂种，还可以用于测定种子纯度（章志兴and陈善福2001）。

作为世界上最重要的粮食作物之一，水稻叶片是进行光合作用的主要器官，其籽粒中三分之二以上的干物质积累是在开花后通过光合作用而获得的。光合作用的效率，叶绿体的发育涉及到质体基因组和核基因组的协调调节。核基因编码的叶绿体相关蛋白通过影响质体基因转录的PEP聚合酶的活性从而来对质体基因进行调控(Wimmelbacher andBornke 2014, Yua, Ma et al. 2014)。前人通过生物化学等方法分离出PEP聚合酶附近的复合物，其中可溶性复合物我们称之为TAC复合物 (Hammani, des Francs-Small et al.2011； Huang, Yu et al. 2013)。TAC主要参与调控质体基因的表达，保证质体基因组DNA的稳定、保护其不受各种逆境伤害如氧化还原逆境、强光照、高温逆害等(Chateigner-Boutin, Ramos-Vega et al. 2008；Pfalz, Holtzegel et al. 2015)，因而TAC复合物对于叶绿体的基因表达以及叶绿体正常发育有着非常重要的作用 (Ogawa, Nishimura etal. 2009)。目前在拟南芥、芥菜以及玉米种鉴定出TAC复合物相关组分蛋白，然而在水稻中目前还未有其相关报道。此外目前对TAC复合物的研究还只是停留在初始阶段，各组分的具体功能以及组分之间的相互关系，调控PEP活性的具体机理还不是很清楚，有待深入进一步研究。

WLP2编码水稻类果糖激酶1，关于水稻中该基因的克隆及生物学功能研究还未见报道。WLP2是拟南芥AtFLN1在水稻里的同源基因，而AtFLN1在拟南芥以及芥菜中是叶绿体基因转录激活复合体TAC的重要底物，与质体RNA聚合酶核心亚基作用，进而参与叶绿体的发育过程。而在水稻中WLP2 如何参与稳定PEP聚合酶活性以及维持叶绿体发育、高效光合效率的机制还不清楚，目前水稻中还无相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明设计提供一种水稻白叶白穗且幼苗高温白化致死变体中克隆的新基因WLP2, 该基因编码类果糖激酶1（OsFLN1），调控叶绿体的发育与光合速率。