一种水稻YLR基因及其在调控植物光合作用中的应用

本发明属于生物化学和分子生物学领域，具体涉及到一种水稻ylr基因及其在调控植物光合作用中的应用。

背景技术：

1、高等植物叶绿素生物合成是高度保守和严格调控的酶促生化反应过程，涉及到15步酶促反应，在拟南芥中，共有27个基因编码的15种酶参与到叶绿素的合成(sakuraba etal.,2017)。叶绿素合成代谢过程任何一步生化反应合成受阻都会积累一些中间代谢产物，叶绿素合成受到限制，会导致叶绿体发育的延迟或中断而无法正常行使功能，最终导致水稻光合效率下降、叶色异常甚至植株死亡，造成作物减产(zhang et al.,2006；wu et al.,2007；chen et al.,2016；zhang et al.,2016；ohler et al.,2019)。水稻(oryza satival.)既是重要的粮食作物，又是单子叶模式植物，不论是在生理生化方面还是分子生物学水平上都已进行广泛的研究，因此，叶色突变水稻不但可以作为光合作用及能量转化等的重要材料，也可作为快速高效筛选杂交种的一个有效标签。近年来，涉及水稻叶绿素代谢关键基因的研究主要集中在一些突变体中，对于功能验证方面报道较少。因此，对叶绿素生物合成途径中的酶基因进行研究不但具有重要的理论意义，而且在提高水稻的光合效率、延缓衰老、增强适应性和抗逆性等许多方面具有潜在的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种调控植物光合作用的水稻ylr基因及其编码蛋白。

2、本发明的调控植物光合作用的水稻ylr蛋白，为如下任一所示蛋白质；

3、(a1)氨基酸序列为seq id no.1的蛋白质；

4、(a2)将seq id no.1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/或添加且来源于水稻具有相同功能的蛋白质；

5、(a3)与(a1)-(a2)中任一所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同一性且来源于水稻具有相同功能的蛋白质；

6、(a4)在(a1)-(a3)中任一所限定的蛋白质的n端和/或c端连接蛋白标签后得到的融合蛋白。

7、本发明的第二个目的是提供调控植物光合作用的水稻ylr基因，其是编码上述水稻ylr蛋白的基因，具体可以为如seq id no.2所示。

8、本发明的第三个目的是提供上述水稻ylr蛋白或其相关生物材料在如下任一中的应用；

9、p1、调控植物叶片长宽；

10、p2、调控植物株高；

11、p3、调控植物二次枝梗数、穗粒数或穗粒重；

12、p4、调控植物叶绿素的含量；

13、p5、调控植物光合速率；

14、p6、调控植物光系统电子传递；

15、p7、调控植物抗逆性。

16、优选，所述的相关生物材料为能够表达所述ylr蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；或对受体植物中能够表达ylr蛋白的核酸分子进行抑制表达的材料，例如是crispr/cas9。

17、优选，是ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或酶活性降低在使植株矮小、叶片黄化、使植株二次枝梗数变少，穗粒数变少、穗粒变小、植物的光合作用下降、光合速率下降、叶绿素含量下降、光系统i或光系统ii的电子传递下降中的应用。

18、优选，是ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或酶活性增加在使植物的光合作用下降、光合速率下降、叶绿素含量增加、光系统i或光系统ii的电子传递下降中的应用。

19、优选，所述的植物抗逆性是耐热性，当ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或活性降低时，植物的抗逆性下降；当ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或酶活性增加时，植物的抗逆性增加。

20、优选，ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或活性降低是通过crispr/cas9基因编辑技术实现的。

21、优选，所述植物为单子叶植物或双子叶植物；进一步地，所述单子叶植物为禾本目植物；更进一步地，所述禾本目植物为禾本科植物；更加具体地，所述禾本科植物为稻属植物；优选地，所述稻属植物为水稻。

22、本发明提供了ylr蛋白或其相关生物材料在调控植物光合作用中的应用。在正常生长条件下，降低或者提高目的植物中ylr基因的表达量，能够明显抑制植物的光合效率，本发明对于探讨叶绿素合成基因参与调控光合作用的分子机理的研究具有指导意义。

技术特征：

1.一种调控植物光合作用的水稻ylr蛋白，其特征在于，为如下任一所示蛋白质；

2.一种调控植物光合作用的水稻ylr基因，其特征在于，是编码权利要求1所述的水稻

3.根据权利要求2所述的调控植物光合作用的水稻ylr基因，其特征在于，所述的水稻

4.权利要求1所述的水稻ylr蛋白或其编码基因或其相关生物材料在如下任一中的应用；

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的相关生物材料为能够表达所述ylr蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；或对受体植物中能够表达ylr蛋白的核酸分子进行抑制表达的材料。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，是ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或酶活性降低在使植株矮小、叶片黄化、使植株二次枝梗数变少，穗粒数变少、穗粒变小、植物的光合作用下降、光合速率下降、叶绿素含量下降、光系统i或光系统ii的电子传递下降中的应用。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，是ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或酶活性增加在使植物的光合作用下降、光合速率下降、叶绿素含量增加、光系统i或光系统ii的电子传递下降中的应用。

8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的植物抗逆性是耐热性，当ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或活性降低时，植物的抗逆性下降；当ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或酶活性增加时，植物的抗逆性增加。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，ylr蛋白或其编码基因在植物中的表达量和/或活性降低是通过crispr/cas9基因编辑技术实现的。

10.根据权利要求4、5、6、7、8或9所述的应用，其特征在于，所述植物为单子叶植物或双子叶植物；进一步地，所述单子叶植物为禾本目植物；更进一步地，所述禾本目植物为禾本科植物；更加具体地，所述禾本科植物为稻属植物，进一步优选地，所述稻属植物为水稻。

技术总结
本发明公开了一种水稻YLR基因及其在调控植物光合作用中的应用。水稻YLR基因的核苷酸序列如SEQ ID No.2所示。本发明提供了YLR蛋白或其相关生物材料在调控植物光合作用中的应用。在正常生长条件下，降低或者提高目的植物中YLR基因的表达量，能够明显抑制植物的光合效率，本发明对于探讨叶绿素合成基因参与调控光合作用的分子机理的研究具有指导意义。

技术研发人员：叶婵娟,郭韬,陈可,刘传光,周新桥,陈达刚,郭洁,刘娟
受保护的技术使用者：广东省农业科学院水稻研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15