[发明专利]水稻OsPEX1基因在木质素代谢调控中的应用

说明书

本发明公开一种水稻OsPEX1基因在木质素代谢调控中的应用，属于植物基因工程领域。本发明的OsPEX1基因，其具有如SEQ ID NO：1所示的DNA序列；并通过突变体表型分析及反义抑制转基因后代株系分析证明了OsPEX1基因在水稻木质素代谢调控中的重要作用。OsPEX1基因的克隆不仅丰富了水稻木质素代谢调控的分子机制，也为水稻抗倒伏遗传改良提供了新的基因资源，为水稻分子设计育种提供了新的材料选择。在水稻中提高OsPEX1的表达可以培育木质素含量增加、抗倒伏性状改良的水稻品种，且具有很强的可操作性，为拓宽现有的抗倒伏品种的遗传基础开辟了新途径。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种水稻类伸展蛋白基因OsPEX1的应用。本发明对一个水稻OsPEX1基因的生物学功能进行研究与验证。本发明还涉及利用所述载体转化植物细胞以改变水稻木质素含量以及获得抗倒伏性强的水稻的应用方法。

背景技术

木质素是植物细胞壁的重要组成部分之一，仅次于纤维素，是维管植物次生细胞壁增厚过程中所形成的主要物质。木质素与植物的生长分化和细胞壁的发育紧密相关，在植物的木质化代谢过程中，木质素主要聚集在导管细胞壁与维管束间的纤维细胞中，具有增强植物细胞壁硬度、机械支持力与抗压能力，从而增加植物体的机械强度(Sattler S E,Funnell-Harris D L.Modifying lignin to improve bioenergy feedstocks:strengthening the barrier against pathogens？.Frontiers in Plant Science,2013,4:7.)。此外，由于木质素难降解与疏水的特性，使得植物细胞不易透水，有利于水分与矿物质等营养成分在植物体内进行长距离的运输，也有效的阻止了外界病原菌类微生物的入侵，在植物细胞发育与抗病方面具有重要作用(Verma S R,Dwivedi U N.Lignin geneticengineering for improvement of wood quality:Applications in paper and textileindustries,fodder and bioenergy production.South African Journal of Botany,2014,91(3):107-125.)。

木质素的合成是一个非常复杂的过程，其合成途径主要是以苯丙氨酸为底物，经过一系列生化反应形成不同类型的木质素单体，再通过这些木质素单体聚合形成最终的木质素多聚物(Baucher M,Halpin C,Petit-Conil M,et al.Lignin:genetic engineeringand impact on pulping.CRC Critical Reviews in Biochemistry,2003,38(4):46.)。随着基因组学以及正向遗传学与反向遗传学等研究方法的快速发展，对植物木质素的生物合成途径的研究也有了较大的进展，多个木质素合成相关的重要基因相继被克隆，如COMT(咖啡酸-O-甲基转移酶)、CCOMT(咖啡酰辅酶A-3-O-甲基转移酶)、CCR(肉桂酰-辅酶A还原酶)、F5H(阿魏酸-5-羟基化酶)、CAD(肉桂醇脱氢酶)、PAL(苯丙氨酸解氨酶)等，借助基因工程等研究技术手段，这些基因在植物木质素代谢中的功能也已被验证(赵华燕,魏建华,宋艳茹.木质素生物合成及其基因工程研究进展.植物生理与分子生物学学报,2004,30(4):361-370.)。尽管对木质素合成代谢已经有了较为深入的研究，但其研究对象主要集中在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana tabacum)、苜蓿(Medicago Sativa)、玉米(Zeamays)等植物，对水稻木质素合成代谢调控的研究报道还较少。水稻是是我国乃至世界上最主要的粮食作物，也是重要的单子叶模式植物。木质素是水稻生长发育过程中的重要代谢产物，对水稻营养物质与水分的运输有重要作用，还直接影响水稻的抗倒伏性与抗病性，因此，对水稻木质素代谢调控的研究有着重要的意义。