[发明专利]与植物衰老相关的水稻OsNBL1蛋白及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了与植物衰老相关的水稻OsNBL1蛋白及其编码基因与应用。本发明提供的OsNBL1蛋白是序列2所示的蛋白质，OsNBL1蛋白的编码基因是序列1所示的DNA分子。本发明通过TAIL‑PCR克隆了T‑DNA插入位点，发现该T‑DNA的插入导致OsNBL1基因下调表达；并通过在野生型水稻中超表达OsNBL1基因证实：超表达OsNBL1基因可延迟植物衰老，有利于增加生物量的积累，在提高植物产量上具有应用前景。本发明为利用基因工程手段通过调控OsNBL1基因表达水平来提高作物产量或增强植物耐盐性进行分子育种奠定了基础，具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及与植物衰老相关的水稻OsNBL1蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

植物衰老是指在生长发育过程中，植物机体自身的一种退化行为。在植物的生活史中，衰老可以引起植物细胞及器官的死亡。在正常情况下，叶片的生长发育通常经历三个不同阶段，在早期的生长发育过程中，叶片是贮存光合作用产生能量的主要器官；在抽穗期，由于光合能力达到饱和，叶片成为了植物的主要器官；而在抽穗期之后，叶片进入衰老阶段，在此阶段，大部分营养成分会被有效地再利用和再分配。此外，叶片衰老也是被基因所编码的一个过程，衰老包含着一系列的细胞学以及生物化学方面的改变，伴随着营养从老叶向嫩叶转移的过程，而且这个过程也引起了大分子化合物的降解以及营养物质的再分配。在衰老过程中伴随着一些细胞结构、分子机制以及基因水平等方面上的改变。不同的外界条件(如高温、干旱、营养缺乏、光照不足、黑暗以及病原菌的侵染)也会加速叶片衰老。其中，衰老形成过程中最典型的表现形式是叶尖黄化枯死、叶绿素下降以及蛋白质降解。细胞程序性死亡(PCD)也在叶片黄化形成过程中发挥重要作用。总之，叶片衰老黄化是一个极其复杂的过程，它被诸多因素所调控，衰老可以引起叶片内部的一系列的生理生化代谢的变化。

绿叶中的叶绿体是衰老过程开始时的主要靶标，在衰老过程发生中，叶绿体被破坏，随着叶绿体基粒的堆积和类囊体的扩张，类囊体膜也被破坏。在衰老发生后期，叶绿体的结构完全被破坏，类囊体的结构的改变包括光合系统蛋白质的降解和叶绿素的损失，这些都会导致不平衡的光合电子链传递。叶绿体中基质蛋白质的改变包括Rubisco和C3光合作用路径中的其他组分的改变，谷氨酰胺合成酶II以及硫同化酶的降解。在衰老过程中，叶绿体的破坏可能是为了保持叶片的储存光合作用的能力，与这个相对应的就是叶片的叶绿素含量的下降。叶绿素的含量越低，其光合速率就越低，表明加快了叶片衰老。

活性氧能破坏细胞膜脂质层，改变膜的通透性，进而会导致离子和电解质在膜上的外泄。丙二醛(MDA)是不饱和脂肪酸的降解产物，并且它是检测脂质过氧化作用标记物质。在叶片衰老形成的过程中，MDA的含量也是逐渐地升高。一般情况下，在水稻抽穗期之后，叶片衰老从低节间开始向高节间发展。在植物最后的生长时期，高产量的品种也是与MDA的积累水平呈负相关。有效的抑制叶片衰老，延长植物的最后的生长阶段，在提高产量方面也有重要影响。

通过影响植物组织系统所调控衰老的基因叫做衰老相关基因(Senescence-associated genes，SAGs)。从不同的植物中所分离出来的SAGs包括：与蛋白酶合成相关基因、蛋白酶调控基因、ACC合成基因、核糖核酸酶谷氨酰胺合成酶合成相关基因、金属硫蛋白合成相关基因、叶黄素脱氢酶合成相关基因。在不同的植物中，已经有超过三十多个SAGs被分离、克隆、鉴别出来，如SAG13、SAG21、EDR1、BCB、SAG18和ACS6等。其中，Osl2和Osh69的功能目前基本已经清楚，二者特异在衰老时期的叶片中表达，在茎秆和根里几乎不表达。sgr(t)是水稻中第一个克隆的衰老上升表达基因，其作用是延迟叶绿素的降解。OsDos在叶片衰老和幼穗分化时期表达，不仅调节自然衰老，参与JA(茉莉酸)介导的叶片衰老途径，而且参与花粉发育的调控途径。ygl1也是一个衰老下调基因，是从第一个已被报道的高等植物叶绿体合成酶的突变体中图位克隆得到。持绿相关的基因nyc1定位在第1染色体上，该基因表达的蛋白质产物NYCI可能是叶绿素b还原酶，能有效抑制叶绿素的降解。