一种与水稻光合作用相关的wsp1蛋白及其相关生物材料与应用
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种与水稻光合作用相关的WSP1蛋白及其相关生物材料与应 用，属于生物技术领域。
【背景技术】
[0002] 光合作用为水稻的生长提供了物质来源和能量来源，叶绿体是进行光合作用的重 要场所，同时也是光合色素的载体，广泛分布在叶片绿色组织细胞中。叶绿素是植物进行光 合作用的主要色素，参与天线复合体上光能的捕获，电荷的分离以及电子传递。叶绿素的合 成从谷氨酸（glutamate)开始到最终形成叶绿素a(Chia)和叶绿素b(Chib)，共需18种 酶催化完成。在此过程中任何内部、外部条件的变化都会导致叶色变异而表现为缺绿症状， 如白化、黄化、条纹、斑马等叶色异常表型。目前已分离出多个与叶绿素合成相关的基因，主 要有包括编码叶绿素a氧化酶OsCAOl和0sCA02和编码镁离子螯合酶的0sCHLD、0sCHLH和 OsCHLI，而编码联乙烯还原酶的OsDVR基因以及编码叶绿素合成酶的YGL1基因也已经确定 与叶绿素合成有关。
[0003] 高等植物叶绿体的发育需经过一系列复杂的变化过程，需要细胞核基因编码的蛋 白和叶绿体编码的蛋白协调参与完成。在黑暗条件中，叶片中非光合作用的前质体发育成 黄化质体，黄化质体中含有晶格状的原片层，经光照黄化质体不断分化发育形成叶绿体。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的是提供一种蛋白质。
[0005] 本发明提供的蛋白质是如下a)或b)或c)的蛋白质：
[0006] a)氣基酸序列是序列表中序列2所不的蛋白质；
[0007] b)在序列表中序列2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；
[0008] c)将序列表中序列2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。
[0009] 本发明的另一个目的是提供与上述蛋白质相关的生物材料。
[0010] 本发明提供的与上述蛋白质相关的生物材料为下述A1)至A20)中的任一种：
[0011] A1)编码上述蛋白质的核酸分子；
[0012] A2)含有A1)所述核酸分子的表达盒；
[0013] A3)含有A1)所述核酸分子的重组载体；
[0014] A4)含有A2)所述表达盒的重组载体；
[0015] A5)含有A1)所述核酸分子的重组微生物；
[0016] A6)含有A2)所述表达盒的重组微生物；
[0017] A7)含有A3)所述重组载体的重组微生物；
[0018] A8)含有A4)所述重组载体的重组微生物；
[0019] A9)含有A1)所述核酸分子的转基因植物细胞系；
[0020] A10)含有A2)所述表达盒的转基因植物细胞系；
[0021] All)含有A3)所述重组载体的转基因植物细胞系；
[0022] A12)含有A4)所述重组载体的转基因植物细胞系；
[0023] A13)含有A1)所述核酸分子的转基因植物组织；
[0024] A14)含有A2)所述表达盒的转基因植物组织；
[0025] A15)含有A3)所述重组载体的转基因植物组织；
[0026] A16)含有A4)所述重组载体的转基因植物组织；
[0027] A17)含有A1)所述核酸分子的转基因植物器官；
[0028] A18)含有A2)所述表达盒的转基因植物器官；
[0029] A19)含有A3)所述重组载体的转基因植物器官；
[0030] A20)含有A4)所述重组载体的转基因植物器官。
[0031] 上述生物材料中，A1)所述核酸分子为如下1)或2)或3)所示的基因：
[0032] 1)其编码序列是序列表中序列1的cDNA分子或DNA分子；
[0033] 2)与1)限定的核苷酸序列具有75%或75%以上同一性，且编码上述蛋白质的 cDNA分子或基因组DNA分子；
[0034] 3)在严格条件下与1)或2)限定的核苷酸序列杂交，且编码上述蛋白质的cDNA分 子或基因组DNA分子。
[0035] 本发明还有一个目的是提供上述蛋白质或上述相关生物材料的新用途。
[0036] 本发明提供了上述蛋白质或上述相关生物材料在在调控植物叶色和/或穗色中 的应用；
[0037] 所述调控植物叶色和/或穗色是通过调控植物叶绿素含量和/或叶绿体发育体现 的。
[0038] 上述应用中，所述叶绿素为叶绿素a和/或叶绿素b和/或叶绿素a+b。
[0039] 本发明还提供了上述蛋白质或上述相关生物材料在在培育光合作用效率提高的 转基因植物中的应用；
[0040] 所述光合作用效率提高体现在转基因植物的叶色和/或穗色变绿。
[0041] 本发明最后一个目的是提供一种培育光合作用效率提高的转基因植物的方法。
[0042] 本发明提供的培育光合作用效率提高的转基因植物的方法包括将上述蛋白质的 编码基因导入受体植物中，得到转基因植物的步骤；所述转基因植物的光合作用效率高于 所述受体植物。
[0043] 上述方法中，所述蛋白质的编码基因的核苷酸序列是序列表中序列1所示的DNA 分子；
[0044] 所述转基因植物的光合作用效率高于所述受体植物体现在如下1)_8)中至少一 种：
[0045] 1)所述转基因植物的叶色比所述受体植物绿；
[0046] 2)所述转基因植物的穗色比所述受体植物绿；
[0047] 3)所述转基因植物的叶绿素a含量比所述受体植物高；
[0048] 4)所述转基因植物的叶绿素b含量比所述受体植物高；
[0049] 5)所述转基因植物的叶绿素a+b含量比所述受体植物高；
[0050] 6)所述转基因植物的叶肉细胞中的叶绿体数量比所述受体植物高；
[0051] 7)所述转基因植物的叶肉细胞中的基粒数量比所述受体植物高；
[0052] 8)所述转基因植物的叶肉细胞中的基粒堆叠层数比所述受体植物高。
[0053] 上述方法中，所述受体植物为单子叶植物或双子叶植物；所述单子叶植物具体为 水稻。
[0054] 本发明利用图位克隆技术克隆了控制水稻叶色和穗色的功能基因WSP1CIHITE TRIPLELEAF/￡ANICLESJ)，并利用转基因互补实验鉴定了WSP1基因的功能；同时还发现 WSP1基因是通过调控叶绿素合成和叶绿体发育来调控水稻叶色和穗色变化的。本发明的控 制水稻叶色和穗色的功能基因WSP1对提高水稻光合作用效率和水稻的产量有重要意义， 还可将其作为基因转化植株后代的追踪标记和杂交制种过程中真杂种的指示标记应用于 良种繁育和杂交育种中。
【附图说明】
[0055] 图1为白穗突变体wspl的形态学特征。其中，图1A为三叶期的白穗突变体wspl 和野生型水稻（日本晴）的叶片表型；图1B和图1C为成熟期的白穗突变体wspl和野生型 的表型；图1D为成熟期的白穗突变体wspl和野生型的叶片表型。
[0056] 图2为WSP1基因在水稻染色体上的初步定位和精细定位图及突变位点分析与峰 图。图2A为WSP1基因在水稻染色体上的初步定位和精细定位图；图2B为突变位点分析； 图2C和图2D为突变位点的峰图。
[0057] 图3为T。代转WSP1水稻、野生型水稻和白穗突变体wspl穗部和叶片的表型。图 3A为互补载体pCAMBIA2300-WSPl的结构图；图3B为T。代转WSP1水稻、野生型水稻和白穗 突变体wspl穗部的表型；图3C为T。代转WSP1水稻、野生型水稻和白穗突变体wspl的分 子鉴定。其中，WT为野生型水稻（日本晴）；wspl为白穗突变体wspl;cp为T。代转WSP1水 稻。
[0058] 图4为白穗突变体wspl与野生型水稻（日本晴）的苗期、分蘖期、成熟期的光合色 素含量比较。图4A为白穗突变体wspl与野生型水稻（日本晴）的苗期、分蘖期、成熟期的 叶绿素a的含量比较；图4B为白穗突变体wspl与野生型水稻（日本晴）的苗期、分蘖期、 成熟期的叶绿素b的含量比较；图4C为白穗突变体wspl与野生型水稻（日本晴）的苗期、 分蘖期、成熟期的叶绿素a+b的含量比较。
[0059] 图5为白穗突变体wspl与野生型水稻（日本晴）的苗期叶片扫描电镜比较。图 5A和图5B为野生型水稻（日本晴）的苗期叶片