[发明专利]调控水稻叶片衰老和抗旱能力的基因OsNAP及应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程和水稻分子育种技术领域，具体涉及一个调控水稻叶片衰老和抗旱能力的基因OsNAP及应用。

背景技术

叶片衰老是叶片发育过程中的一个必经阶段，它伴随着叶片颜色的变化，反映在叶绿素的丧失，最后导致叶片的死亡和脱落。叶片衰老会导致光合作用的下降，导致碳同化的减少，从而影响农作物的产量。因此近几十年，人们一直在研究叶片衰老产生的原因和机理，希望能够有计划的控制叶片衰老的发生。

NAC转录因子(NAM,ATAF and CUC)是植物中特有的转录因子，很多研究表明它们在调控叶片衰老的过程起着重要的作用。小麦中的一个NAC基因NAM-B1受衰老调控，在调节谷粒蛋白中锌和铁的含量中起着一定的作用(Uauy等，A NAC gene regulating senescence improves grain protein,zinc,and iron content in wheat.Science,2006,314:1298-1301)。ANAC092/AtNAC2/ORE1是拟南芥中的一个NAC基因，其表达量也受叶片衰老调控，它能正调控拟南芥叶片中年龄依赖的细胞死亡；oresara1(ore1)突变体由于缺少ANAC092/AtNAC2/ORE1基因的功能，表现出延缓叶片衰老的表型；ANAC092/AtNAC2/ORE1也能被盐胁迫诱导表达，其突变体anac092-1的离体叶片在盐胁迫处理下叶绿素降解速度下降，表现出延缓叶片衰老的表型；在ANAC092/AtNAC2/ORE1的超量表达植株中有170个基因激活表达，其中很多基因能被盐胁迫诱导，说明ANAC092/AtNAC2/ORE1在盐胁迫诱导的叶片衰老过程起着重要的作用(Oh等，Identification of three genetic loci controlling leaf senescence in Arabidopsis thaliana.Plant J,1997,12:527-535；Kim等，Trifurcate feed-forward regulation of age-dependent cell death involving miR164 in Arabidopsis.Science,2009,323:1053-1057；Balazadeh等，A gene regulatory network controlled by the NAC transcription factor ANAC092/AtNAC2/ORE1 during salt-promoted senescence.Plant J,2010a,62:250-264；Balazadeh等，Salt-triggered expression of the ANAC092-dependent senescence regulon in Arabidopsis thaliana.Plant Signal Behav,2010b,5:733-735)。ORS1是ORE1/ANAC092/AtNAC2的同源基因，在衰老的组织中表达量很高且能被盐和H₂O₂诱导，ORS1超量表达植株叶片早衰，同时ORS1的突变体ors1-1和RNAi转基因植株叶片延缓衰老，说明ORS1可能在盐和H₂O₂诱导的叶片衰老过程起着一定的作用(Balazadeh等，ORS1,an H₂O₂-responsive NAC transcription factor,controls senescence in Arabidopsis thaliana.Mol Plant,2011,4:346-360)。拟南芥中的VND-INTERACTING2(VNI2)也编码一个NAC转录因子，它的表达量受ABA和叶片衰老诱导，通过调控RESPONSIVE TO DEHYDRATION(RD)和COLD-REGULATED(COR)来介导盐胁迫和叶片衰老途径(Yang等，The Arabidopsis NAC transcription factor VNI2integrates abscisic acid signals into leaf senescence via the COR/RD genes.Plant Cell,2011,23:2155-2168)。AtNAP仅在衰老叶片中表达，而且它的表达量随着叶片的衰老逐渐上升；突变体atnap在自然生长状态和黑暗诱导状态下均表现出延缓叶片衰老的表型，超量表达AtNAP的转基因植株出现明显的早衰现象，而且水稻、四季豆的NAP同源基因都能异源互补拟南芥突变体atnap的持绿表型；进一步研究发现AtNAP可以和SENESCENCE-ASSOCIATED GENE113(SAG113)的启动子结合，形成一个ABA-AtNAP-SAG113蛋白调控链来控制叶片衰老时的气孔运动和失水速率(Guo等，AtNAP,a NAC family transcription factor,has an important role in leaf senescence.Plant J,2006,46:601-612；Zhang等，An abscisic acid-AtNAP transcription factor-SAG113 protein phosphatase 2C regulatory chain for controlling dehydration in senescing Arabidopsis leaves.Plant Physiol,2012,158:961-969)。尽管很多NAC转录因子的表达量都能被衰老所上调，但是它们在叶片衰老中的作用还不是很清楚，还有待人们去研究。