[发明专利]一种水稻叶色调控基因YL1及其应用

说明书

本发明公开了一种水稻叶色调控基因YL1及其应用，所述基因核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，编码的蛋白质序列如SEQ ID NO.2所示。本发明通过图位克隆技术获得新的水稻叶色性状调控基因YL1，并通过转基因功能互补实验验证了所述基因的功能。YL1与叶绿体ATPase蛋白复合体亚基AtpB存在互作，YL1基因的突变导致叶绿体ATPase活性下降，引起光合相关蛋白表达量降低、叶绿体发育受损、叶绿素含量下降，产生黄叶表型。利用本发明蛋白和编码基因可以进一步阐释水稻叶色调控分子机制，同时可用于作物遗传改良，对创制高光效育种具有重要意义。

(一)技术领域

本发明涉及一种黄叶调控基因，特别涉及一种水稻黄叶调控基因YL1(YellowLeaf 1)及利用该基因调控植物叶绿体发育，提高光合作用效率的应用。

(二)背景技术

水稻是世界三大粮食作物之一，有超过一半的人口以稻米作为主食。在我国，水稻是第一大粮食作物，其种植面积约占粮食作物总种植面积的28％，产量约占粮食总产量的35％(National data,2012,http://www.stats.gov.cn/tjsj/)。因此，水稻的高产稳产对保障我国粮食安全具有极其重要的意义。叶片是植物进行光合作用的主要场所，对干物质积累有重要影响，水稻叶色发生变化大多情况下会影响水稻的产量。研究表明，导致叶色变化的主要原因是植物体内叶绿素合成、降解或叶绿体发育相关基因的发生突变，影响了叶绿素的生物合成和降解过程，导致叶片中叶绿素的含量发生变化，最终导致了叶色的变化。水稻叶色突变体表型明显，易于观察，已广泛应用于生产实践和科学研究中。除作为性状标记应用于新品种培育外，叶色突变体对于研究植物叶绿体发育、光形态建成等方面具有重要的作用。

基于Gramene网站和国家水稻数据中心的研究结果整理，迄今为止已有大约40个水稻黄叶突变体基因被定位和克隆，大部分主要通过参与叶绿素的生物合成以及影响叶绿体的发育两个途径来调控叶色变异。OsCHL1和OsCHL9编码叶绿素生物合成过程中镁离子螯合酶亚基，该基因功能失活会导致水稻整个生育期内叶片呈现浅黄绿色；FLG(OsPORB)编码原叶绿酸酯氧化还原酶B，该酶能保证植物在强光照射下正常合成叶绿素，突变后会导致水稻叶片退绿黄化；OsDVR基因编码联乙烯叶绿素酸酯还原酶，联乙烯叶绿素酸酯a在该酶的催化作用下生成单乙烯叶绿素酸酯a，乙烯叶绿素酸酯a能在叶绿素酸酯a氧化酶OsCAO1/OsCAO2作用下经一系列反应生成叶绿素b，也能在叶绿素合成酶YGL的催化作用下生成叶绿素a，因此该过程中的任一基因功能受阻或失活都会直接影响叶绿素a和叶绿素b的合成，导致水稻叶片变黄。此外，利用水稻叶色突变体，部分叶绿体发育和分化相关的基因也相继被克隆，包括V1(Kusumi et al.,1997)、V2(Sugimoto et al.,2004)、OsPPR1(Kodiveri etal.,2005)、V3、STRIPE1(Yoo et al.,2009)、YSA(Su et al.,2012)、VYL(Dong et al.,2013)、AM1(Sheng et al.,2014)、OsDG2(Jiang et al.,2014)、GRY79(Wan et al.,2015)、ASL2(Lin et al.,2015)等。其中V1编码叶绿体蛋白NUS1，该蛋白控制叶绿体发育前体中与叶绿体分化相关基因的转录与翻译，V1基因突变导致水稻苗期低温黄化。V2编码一个定位在质体和线粒体上新型的鸟苷酸激酶(pt/mtGK)，该基因的突变导致叶绿体分化受到抑制，尤其在叶片发育早期破坏叶绿体的蛋白翻译机制。V3和STRIPE1分别编码RNR(核糖核酸还原酶)大亚基RNRL1和小亚基RNRS1，参与调节DNA合成和修复过程中脱氧核糖核苷酸的形成速率，这两个基因的突变会影响叶绿体的正常发育，当突变体表型对温度敏感。尽管已有众多基因被克隆，但植物叶绿体的生物合成和发育是一个及其复杂的过程，受到核基因和自身质体基因组的共同调控，因此发掘新的水稻叶色突变体，克隆其调控基因对揭示叶绿素生物合成和叶绿体发育的分子机理以及水稻高产育种实践具有重要的意义。