一种调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质及其基因和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质及其基因和应用。该基因编码蛋白是具有SEQIDNO:2所示的氨基酸序列，该编码基因具有SEQIDNO:1所示的核苷酸序列。该水稻叶绿体发育编码基因发生突变可导致幼叶、剑也以及幼穗白化，近光合速率减弱。将其应用于植物遗传改良等工作，是重要的指示基因，可作为目的基因应用于杂交水稻制种，可以方便检测杂交后代的纯度，将其过量表达有利于提高植物的光合作用，可应用于植物高光效育种。
【专利说明】一种调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质及其基因和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于植物基因工程领域，具体地说，本发明涉及一种利用图位克隆技术克隆水稻WP4基因(其编码蛋白质为水稻腺苷激酶，OsAKl)以及利用转基因实验鉴定该基因的功能，同时利用该基因调节叶绿体发育，提高光合速率，应用于水稻制种及高光效育种中。
【背景技术】
[0002]叶片是植物进行光合作用的主要器官，水稻籽粒中2/3以上的干物质是开花后通过光合作用获得的(王旭军et al.2005)，光合作用的效率与叶绿体结构和功能是否完整、光合作用复合体的稳定性、叶绿素含量的高低都有着复杂的关系。近年来，叶色的应用价值备受关注，叶色变异可以作为标记性状，在水稻杂交育种和良种繁育发挥重要作用，不但可以用于苗期剔除受外源花粉污染的种子和假杂种，还可以用于测定种子纯度(章志兴and陈善福2001)。另外，叶色突变体的研究对有效利用基因工程提高水稻的光合能力，培育高光效水稻，增加水稻产量具有重要的理论意义和应用价值。
[0003]目前，利用水稻叶色突变体，已经克隆出多个参与或调控叶绿素代谢和叶绿体发育的基因，通过分析基因功能、表达模式、基因间互作以及核-质信号传导，初步了解了水稻叶色形成及调控机理。目前为止，在拟南芥叶绿素合成过程中的关键酶都已鉴定出来(Nagata 2005)，但在水稻中只有少数基因被鉴定出来，其他基因还有待进一步发现。此外，叶绿素降解的调控机制尚未明朗，核-质互作的机理尚不清晰，有待深入进一步研究。
[0004]植物腺苷激酶(Adenylate kinase, AK, AMK)催化腺苷三磷酸(ATP)使腺苷酸(AMP)磷酸化而生成腺苷二磷酸(ADP)反应的酶，逆反应由2个分子ADP生成ATP和AMP。在能量代谢、腺嘌呤核苷酸平衡等方面起着关键的作用。在植物中很多腺苷激酶都定位于叶绿体基质中。在水稻种腺苷`激酶基因突变对水稻代谢发育的影响目前没有报道。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的问题是提供一种从水稻白叶白穗突变体中克隆的新基因WP4，该基因编码一个腺苷激酶蛋白(OsAKl)，调控叶绿体的发育与光合速率。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种调控叶绿体发育与光合速率的蛋白质，该蛋白质具有SEQ ID N0.2 (即序列表中的序列2)所不的氣基酸序列，且由基因WP4编码。
[0007]作为本发明的蛋白质的改进:氨基酸序列还包括在SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入和缺失一个或多个氨基酸生成的衍生物。
[0008]本发明还同时提供编码上述蛋白质的基因，其具有SEQ ID N0.1 (即序列表中的序列I)所示的核苷酸序列。
[0009]作为本发明的基因的改进:核苷酸序列还包括在SEQ ID N0.1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入和缺失一个或多个核苷酸生成的突变体、等位基因和衍生物。
[0010]本发明还同时提供了上述基因的用途:用于构建转基因水稻。[0011]本发明还同时提供了一种转基因植物细胞，为包含本发明所述基因的转基因植物细胞。
[0012]本发明的另一个目的是提供一种用WP4基因进行高效的植物转化方法，具体地说，本发明提供了具有SEQ ID N0.1所示的序列片段载体。
[0013]本发明的具体实施步骤如下:
一、水稻白条纹叶白穗突变体wp4的分离和表型分析
本研究突变体wp4为水稻，田间表型观察发现该突变体的主要特征是:苗期表现出白条纹叶、随后会转绿，但是抽穗期及抽穗后剑叶、剑叶鞘及幼穗表现出严重的白条纹或白化，株高略矮(图1)。叶绿素测定结果显示突变体wp4的幼苗、剑叶、剑叶鞘和幼穗的叶绿素含量显著低于野生型(图2)。利用透射电镜(TEM)观察野生型和wp4的剑叶及幼穗的叶绿体超微结构，发现野生型的叶绿体含有正常的片层结构，而wp4细胞中含有较少且结构异常的叶绿体(图2)。同时对抽穗后野生型及突变的净光合速率测定发现wp4的光合能力显著低于野生型(图2)。
[0014]表1.突变植株与正常植株在不同F2群体中的分离
【权利要求】
1.一种调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质，其特征在于该蛋白质具有SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列。
2.如权利要求1所述的蛋白质，其特征在于所述的氨基酸序列还包括在SEQID N0.2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个氨基酸或其他物种的同源序列而生成的氨基酸序列或衍生物。
3.一种编码如权利要求1所述的蛋白质的基因，其特征在于该基因具有SEQ ID N0.1所示的核苷酸序列。
4.如权利要求3所述的基因，其特征在于所述的核苷酸序列还包括在SEQID N0.1所示的核苷酸序列中添加、取代，插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因或衍生物。
5.含有权利要求3或4所述的调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质编码基因的转基因细胞系。
6.含有权利要求3或4所述的调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质编码基因的转基因重组菌。
7.含有权利要求3或4所述的调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质编码基因在培育叶绿体发育状况变化的转基因植物中的应用。
8.含有权利要求3或4所述的调控叶绿体发育及光合速率的蛋白质编码基因的在培育高光合速率的转基因植物中 的应用。
【文档编号】C12N5/10GK103497939SQ201310396837
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】魏祥进, 胡培松, 唐绍清, 邵高能, 焦桂爱, 谢黎虹, 圣忠华, 宋建, 刘聪利 申请人:中国水稻研究所