[发明专利]调节目的植物叶片衰老进程的基因及方法及其在棉花作物上的应用

说明书

本发明公开了一种调节目的植物叶片衰老进程的基因，其核苷酸序列如序列表中的SEQ ID NO：1所示；通过提高所述基因的表达量来延缓植物叶片的衰老进程；通过下调所述基因的表达量来加速植物叶片的衰老进程。在棉花作物上，有望基于所述的基因对棉花进行基因工程修饰，实现棉花作物的提前脱叶，从而能够创造便利条件进行机械采摘。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，尤其是一种调节目的植物叶片衰老进程的基因及其相关应用。

背景技术

叶子是获取光能、固定二氧化碳产生碳水化合物的基本器官，也是植物生长发育的主要器官(Woo等人，2016年)。叶子衰老是植物发育最后一步的一个组成部分，被提出通过进化来选择，以提高营养经济和植物的存活率(Leopold，1961)。衰老期间，叶细胞在生理、生物化学和新陈代谢、基因表达和结构方面发生巨大变化 (Buchanan-Wollaston等人，2005年；基里诺等人，2000年)。最明显的表型变化是叶片发黄，这是由叶绿体退化过程中叶绿素的分解引起的，接着是大分子如蛋白质、脂类和核酸的水解，这反过来又导致细胞死亡(Kim等人，2006年；Woo等人，2001年)。这一过程促进了营养物质从源头到吸收组织(如快速生长的营养组织和生殖器官)的水解和再循环，这对植物发育尤其是作物产量非常重要(杨等人，2011 年)。

叶子衰老是一个发育程序，伴随着许多基因表达的变化(Breeze 等人，2011年)。发育年龄是引发叶片衰老的主要因素，但衰老过程也受到环境因素的影响，如极端温度、干旱或盐胁迫、光照强度、黑暗、病原体侵袭、营养缺乏，以及各种内源性因素，如生殖、活性氧物种(ROS)和植物激素(Balazadeh等人，2014年；Balazadeh等人，2010年；Barth等人，2004年；Brouwer等人，2012年；Lee等人， 2012年；Oh等人，1996年；Richard-Molard等人，2008年；Zhou 等人)。在植物激素中，脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、乙烯(ET)和茉莉酮酸(JA)已被证实可促进叶片衰老，而细胞分裂素和生长素通过复杂的信号途径延缓叶片衰老(Jibran等人，2013年；Lim等人，2007年)。

硫辛酸(6，8-硫辛酸或1，2-二硫杂环戊烷-3-戊酸)是一种含硫辅酶，它是参与α-酮酸氧化脱羧的酶复合物活性所必需的(Mattevi 等人，1992；Perham，1991年；里德和哈克特，1990年)和甘氨酸切割系统(藤原等人，1990年；金和奥利弗，1990年；Macherel等人，1990年)。众所周知，丙酮酸脱氢酶(PDH)、2-氧代戊二酸脱氢酶(OGDH) 和支链2-氧代酸脱氢酶复合物以及甘氨酸切割系统是需要硫辛酸的酶复合物(藤原等人，1990；金和奥利弗，1990年；Macherel等人， 1990年；Mattevi等人，1992年；Perham，1991年；里德和哈克特，1990)。这些酶复合物在中枢代谢中发挥重要作用。硫辛酸是通过在硫辛酸合酶催化的酰基载体蛋白(ACP)上的辛酰基基团中加入两个硫原子而由辛酸合成的(Miller等人，2000)。尽管已经克隆和鉴定了一些硫辛酸合酶，例如大肠杆菌中的LIPa(Reed and Cronan，1993)，酿酒酵母中的LIP 5(Sulo and Martin，1993)，拟南芥中的LIP1和 LIP 1p(Yasuno andWada，1998；Yasuno和Wada，2002)，它们的硫辛酸合成酶的功能，特别是在植物发育中的功能几乎不清楚。

棉花是最重要的经济作物之一，因其纤维价值而被广泛种植。在棉花中，叶片衰老可能因某些内部因素或不均匀的环境变化而过早或过晚发生(Guinn，1985)。后期衰老会影响营养物质向下沉器官的再动员，如发育中的铃。过早衰老导致皮棉产量降低和纤维性能差 (Wright，1998；Zhao等人，2012年)。最近，虽然棉花中大量衰老相关基因已被利用核糖核酸序列鉴定出来(林等人，2015)，但棉花叶片衰老的调控机制仍需进一步研究。

本发明的背景技术参考文献包括：