一种谷子温敏叶色SiWSL1基因及其应用

本发明属于生物，尤其涉及一种谷子温敏叶色siwsl1基因及其应用。

背景技术：

1、叶片是作物进行光合作用的主要器官，叶片颜色与光合作用及产量密切相关，提高作物的光合效能可以大幅提高作物的产量。将水稻、小麦等c3作物通过基因工程的方法改造成为c4作物，提高co2的利用转化效率，可以有效地保证未来的粮食安全。目前，基于维束鞘细胞中苹果酸盐脱羧基反应酶的分类，禾本科已知独立的c4光合起源大体分为nadp-me、nad-me和pck三类，禾本科黍亚科作物同时涵盖了这三类c4光合类型。谷子和青狗尾草属于nadp-me，恰巧处在不同c4光合类型的过渡位置，其c4高光效形成机制具有较普遍的代表性。同属黍亚科的玉米、高粱虽然也是nadp-me c4类型作物，但由于植株高大，遗传转化难度较大，较难用于规模开展c4相关基础研究。谷子和青狗尾草由于植株较小，便于进行遗传操作，在植物c4途径形成机制领域具有得天独厚的研究优势。从已有的研究结果来看，谷子具备的c4相关基因在c3植物中也普遍存在，推测蛋白结构的变化、酶活性的变异及更多转录调控机制可能在谷子的c4途径形成机制中发挥了作用。

2、叶色突变体也称为叶绿素突变体，它直接或间接影响叶绿素的合成和降解，改变叶绿素含量。叶绿素突变受核基因和质体基因两类不同遗传体系控制，其中核基因多数受单隐性核基因控制，少数受两对核基因控制。目前，在拟南芥中，已鉴定出叶绿素合成过程中的相关基因，在水稻、玉米、大麦、小麦等多种作物中获得了叶色突变体。其中，在水稻上已鉴定到160多个叶色突变体，根据表型将其归为白化、黄化、温敏变色、亮绿、常绿、条斑条纹、转绿和紫色8类，已利用这些突变体克隆了30多个调控基因，主要集中在编码叶绿素合成与降解途径中酶的基因。

3、随着相关领域研究平台的不断完善，以谷子和青狗尾草为研究模式的c4高光效机理研究必将迎来一个快速发展的时期。由于谷子具有c4高光效特点，其近缘野生种青狗尾草已经被国际c4水稻研究项目(盖茨基金会资助)和美国冷泉港实验室用作高光效研究模式植物，相关工作已经在c4结构生理和代谢调节途径方面取得了阶段性成果。因此，对谷子c4光合作用途径相关的叶色突变体开展筛选、鉴定和遗传机理的研究工作迫在眉睫。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种谷子温敏叶色siwsl1基因及其应用。

2、第一方面，本发明首先保护蛋白质，是如下(a1)或(a2)或(a3)或(a4)：

3、(a1)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

4、(a2)由序列表中序列4所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

5、(a3)在序列2或序列4所示的蛋白质的n端和/或c端连接标签得到的融合蛋白质；

6、(a4)将序列2或序列4所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质。

7、所述蛋白质来源于谷子，命名为siwsl1蛋白。

8、上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

9、上述蛋白质中，蛋白标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为flag标签、his标签、mbp标签、ha标签、myc标签、gst标签和/或sumo标签等。

10、第二方面，本发明保护编码上述蛋白质的核酸分子(命名为siwsl1基因)。

11、所述核酸分子为如下(b1)-(b6)中任一所述的dna分子：

12、(b1)编码区如序列表中序列1所示的dna分子；

13、(b2)序列表中序列1所示的dna分子；

14、(b3)编码区如序列表中序列3所示的dna分子；

15、(b4)序列表中序列3所示的dna分子；

16、(b5)在严格条件下与(b1)-(b4)中任一所述限定的dna序列杂交且编码siwsl1蛋白的dna分子；

17、(b6)与(b1)-(b4)中任一所述限定的dna序列具有90％以上同源性且编码siwsl1蛋白的dna分子。

18、上述严格条件是在2×ssc，0.1％sds的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次5min，又于0.5×ssc，0.1％sds的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次15min。

19、第三方面，本发明保护与siwsl1蛋白或siwsl1基因相关的生物材料；所述生物材料为如下(1)-(8)中的任一种

20、(1)含有上述基因的表达盒；

21、(2)含有上述基因或(1)所述表达盒的重组表达载体；

22、(3)含有上述基因或(1)所述表达盒或(2)所述重组表达载体的转基因细胞系或重组菌；

23、(4)能够降低上述蛋白质的活性和/或表达量的核酸分子；

24、(5)能够抑制上述基因表达的核酸分子；

25、(6)含有(4)或(5)所述核酸分子的表达盒；

26、(7)含有(4)或(5)所述核酸分子或(6)所述表达盒的载体；

27、(8)含有(4)或(5)所述核酸分子或(6)所述表达盒或(7)所述载体的转基因细胞系或重组菌。

28、第四方面，本发明保护上述siwsl1蛋白或siwsl1基因或上述生物材料在调控植物叶色表型中的应用。所述调控具体为：改变植物叶色表型。在本发明的实施例中，通过互补siwsl1基因，使具有白色条纹叶片的突变体wsl1恢复为绿色叶片。

29、降低目的植物中序列2所述蛋白质的活性和/或表达量的物质在使植物绿色表型变为白色条纹表型中的应用也是本发明保护的范围；

30、或，抑制目的植物中序列1所述核酸分子的表达的物质在使植物绿色表型变为白色条纹表型中的应用也是本发明保护的范围；

31、或使植物中序列2所示的蛋白突变为序列4所述的蛋白的物质在使植物的绿色表型变为白色条纹表型中的应用也是本发明保护的范围。

32、上述序列2所示的蛋白质或其编码核酸分子在恢复白色条纹表型植物变为绿色叶片表型植物中的应用也是本发明保护的范围。

33、第五方面，本发明保护培育转基因植物的方法，为方法a或方法b。

34、所述方法a包括如下步骤：降低目的植物中siwsl1蛋白的活性和/或含量，得到转基因植物；所述转基因植物表现为白色条纹叶色表型。

35、所述方法b包括如下步骤：对目的植物中siwsl1蛋白进行基因编辑，得到具有白色条纹叶色表型的转基因植物。

36、第六方面，本发明保护培育转基因植物的方法，为方法c或方法d。

37、所述方法c包括如下步骤：抑制目的植物中siwsl1基因的表达，得到转基因植物；所述转基因植物表现为白色条纹叶色表型；

38、所述方法d包括如下步骤：对目的植物中siwsl1基因进行基因编辑，得到具有白色条纹叶色表型的转基因植物。

39、所述基因编辑为将敲除载体pbwa(v)hu-ylcas9-wsl1转入野生型愈伤组织中，得到具有白色条纹叶色表型的转基因植物。

40、第七方面，本发明还保护上述siwsl1蛋白或siwsl1基因或生物材料或方法在研究植物叶绿体发育和光合作用机制或植物育种中的应用。

41、上述任一所述植物为如下(d1)或(d2)或(d3)：

42、(d1)双子叶植物或单子叶植物；

43、(d2)禾本科植物；

44、(d3)谷子。

45、所述谷子具体可为谷子品种长农35号。

46、本发明以谷子品种长农35号温敏叶色突变体wsl1为主要研究材料，对该突变体进行鉴定、农艺性状和遗传方式分析，同时对其叶绿素含量、细胞形态学、叶绿体的超微结构以及光合特性等进行初步研究，并以“wsl1×品资39号”杂交f2分离群体为定位群体，分别采用重测序bsa-seq策略精细定位突变基因siwsl1，对该基因进行突变得到具有白色条纹叶色表型的转基因植物。