水稻OsMts1基因及其编码蛋白与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻OsMts1基因及其编码蛋白与应用，所述的OsMts1基因是利用图位克隆技术从

Rice OsMts1 gene and its coding protein and Application

The invention discloses a rice OsMts1 gene, a coding protein and an application thereof, wherein the OsMts1 gene is used by the technique of map cloning

【技术实现步骤摘要】
水稻OsMts1基因及其编码蛋白与应用
本专利技术涉及植物生物
，特别是涉及一种水稻OsMts1基因及其编码蛋白与应用。
技术介绍
杂交水稻在生产上通常会产生后期衰老的现象，严重影响杂交水稻的光合效率，最终影响产量和质量，对我国的粮食安全造成一定的威胁。所以揭示水稻早衰的生理生化机制可对培育耐早衰的杂交水稻提供一定的理论基础。影响早衰的因素很多，通常来说植物体内的氧化还原失去平衡(简单的说即细胞内的活性氧大量积累)，就容易导致叶片衰老。所以植物的抗氧化机制就显得尤为重要。SOD、POD及褪黑色素等物质在清除自由基方面发挥着重要作用，其中甲基转移酶是参与合成褪黑色素的限速酶，是能将底物甲基化的一大类酶，根据其结构特征主要分为3个亚类：其中最常见的是亚类I，所有这些亚类I都含有Rossman折叠用于结合S-腺苷甲硫氨酸(SAM)；甲基化酶亚类II含有SET结构域，其中最典型的是用于组蛋白的甲基化；亚类III是细胞膜相关的。而根据甲基化底物的类别可以分为蛋白质甲基化、DNA甲基化、天然产物甲基化和非SAM依赖的甲基化(Non-SAMdependentmethyltransferases)。天然产物甲基化是将甲基添加至天然产生的小分子物质，它包含各种不同的酶。和很多甲基化酶一样，SAM也作为甲基化的供体。甲基基团可添加至S、N、O或C原子上，根据添加原子的不同可分为S/N/O/C-甲基转移酶，其中O-甲基转移酶是最大的一类。本专利技术利用水稻早衰突变体克隆得到的OsMts1基因编码一个O-甲基转移酶，与拟南芥中的AT4G02405，同属于SAM依赖的甲基转移酶超基因家族，含有甲基转移酶活性，在保卫细胞中大量表达、定位于叶绿体中，然而其生物学功能未知。根据水稻数据库注释网站(www.rice.plantbiology.msu.edu)，水稻中有大量的甲基转移酶，但未见参与调控水稻早衰的报道。甲基转移酶的基因在水稻中所具有的功能、分子机制也均未进行研究，其功能也并不明确。因此阐明OsMts1的功能、小分子甲基化的底物、互作机制及调控途径有望为水稻叶片早衰机理的研究及其应用提供新的理论依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水稻衰老相关基因OsMts1及其编码蛋白与应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种水稻衰老相关基因OsMts1，所述基因是如下a)或b)的基因：a)其cDNA序列如序列表中SEQIDNo.1所示，其DNA序列如序列表中SEQIDNo.2所示；b)与a)的基因具有90％以上的同源性，且编码相同功能的蛋白质。所述的基因编码的蛋白，所述蛋白具有a)序列表中SEQIDNo.3所示的氨基酸序列；或b)序列表中SEQIDNo.3所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由a)衍生的蛋白质。本专利技术还保护含有基因OsMts1的生物材料，所述生物材料可以是载体、宿主细胞或表达盒。本专利技术还保护所述的基因或其编码的蛋白在以下至少一项中的应用：调控植物叶片衰老；调控植物叶绿体发育；调控植物内源褪黑色素合成；改变植物抽穗期；改变植物叶色。以及，该基因或其编码的蛋白在选育抗早衰植物品种中的应用。以及，该基因在培育转基因植物中的应用。具体地，培育转基因植物的方法包括以下步骤：A.用该基因构建表达载体，并将表达载体导入宿主菌；B.用所述宿主菌转化目标植物，获得转基因植株。具体地，所述宿主菌为农杆菌。上述各项应用中，所述的植物为水稻。本专利技术利用水稻早衰突变体pls1，通过图位克隆技术首次在水稻中克隆到了OsMts1基因，该基因编码O-甲基转移酶，参与褪黑色素的合成，突变后影响活性氧的积累最终导致叶绿体的降解和光合效率的降低。通过对OsMts1基因功能的研究，发现该基因通过调控活性氧清除从而影响叶绿体发育进一步导致叶片早衰。通过转基因功能互补实验在pls1突变体证明该基因控制水稻早衰；该基因可应用于调控植物叶片衰老、调控植物叶绿体发育、调控植物内源褪黑色素合成、改变植物抽穗期、改变植物叶色等。尤其是在植物育种领域，对抗早衰的植物品种的筛选和培育具有重要意义。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是水稻早衰突变体pls1与野生型在苗期、分蘖期和成熟期的表型：A:水稻早衰突变体pls1与野生型在苗期的表型；B：水稻早衰突变体pls1与野生型在分蘖期的表型；C：水稻早衰突变体pls1与野生型成熟穗比较；D：水稻早衰突变体pls1与野生型在成熟期的表型；E：水稻早衰突变体pls1与野生型在成熟期剑叶的表型；F：水稻早衰突变体pls1与野生型粒型的比较。图2是早衰突变体pls1与野生型在抽穗期、光合速率及叶绿素含量比较：A：水稻早衰突变体pls1比野生型提前抽穗；B：水稻早衰突变体pls1光合速率下降；C和D：叶绿素a和b在整个生长期内的含量变化。图3是早衰突变体pls1对H2O2敏感性及H2O2积累水平：A：早衰突变体pls1和野生型对1％H2O2敏感性鉴定；B：分蘖盛期早衰突变体pls1和野生型剑叶、倒二和倒三叶的表型；C：分蘖盛期早衰突变体pls1和野生型剑叶、倒二和倒三叶H2O2的含量。图4是早衰突变体pls1叶绿体的超微结构观察：左图为野生型在不同放大倍数条件下的叶绿体大小和数量；右图为早衰突变体pls1在不同放大倍数条件下的叶绿体大小和数量。图5是甲基转移酶基因OsMts1的图位克隆：A：OsMts1基因初步定位于第7染色体YT-5和YT-6；B：精细定位于DT31与DT37；C：基因定位区间内候选基因预测；D：基因定位区间内目的基因结构分析及突变位点测序验证。图6是功能互补载体pCAMBIA1300-OsMts1图谱。图7是突变体pls1的功能互补验证：A：从左至右分别为野生型(WT)、突变体及转基因功能互补pls1突变体单株；B：野生型(WT)、突变体及转基因功能互补pls1突变体单株叶片的特写图。具体实施方式本专利技术公开了水稻OsMts1基因及其编码蛋白与应用。所述的OsMts1基因是利用图位克隆技术从60Co-γ辐射诱变籼稻品种“中恢8015”的pls1早衰突变体中克隆得到的。该基因发生突变可导致提前早衰以及提前抽穗，活性氧含量升高、叶绿素含量降低、光合速率降低等。本专利技术通过转基因功能互补实验在pls1突变体证明该基因控制水稻早衰；同时基因功能分析发现该基因通过调控活性氧清除从而影响叶绿体发育进一步导致叶片早衰。叶绿素广泛分布于叶肉细胞中的叶绿体，是植物进行光合作用的重要场所，光合作用会产生大量的活性氧，如果不及时有效地清除将会导致叶绿体发育异常，叶绿素降解，同时还受到复杂的环境条件的影响。本专利技术利用众多水稻突变体中表型较为独特的一类——早衰叶突变体pls1，通过图位克隆技术首次在水稻中克隆到OsMts1基因。该基因编码的O-甲基转移酶参与褪黑色素合成的最后一步。褪黑色素具有强大的抗氧化功能，可修复高光照引起的细胞器损伤，从而对叶片颜色、叶绿体的超微结构和光合效率以及抽穗期产生影响，最终起到植物延缓衰老的作用。本专利技术揭示的早衰分子机制可为耐早衰杂交水稻的培育提供理论基础。应用于植物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水稻衰老相关基因OsMts1，其特征在于，所述基因是如下a)或b)的基因：a)其cDNA序列如序列表中SEQ ID No.1所示，其DNA序列如序列表中SEQ ID No.2所示；b)与a)的基因具有90％以上的同源性，且编码相同功能的蛋白质。

【技术特征摘要】
1.一种水稻衰老相关基因OsMts1，其特征在于，所述基因是如下a)或b)的基因：a)其cDNA序列如序列表中SEQIDNo.1所示，其DNA序列如序列表中SEQIDNo.2所示；b)与a)的基因具有90％以上的同源性，且编码相同功能的蛋白质。2.权利要求1所述的基因编码的蛋白，其特征在于，所述蛋白具有：a)序列表中SEQIDNo.3所示的氨基酸序列；或b)序列表中SEQIDNo.3所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由a)衍生的蛋白质。3.含有权利要求1所述基因的生物材料，所述生物材料为载体、宿主细胞或表达盒。4.权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪永波，张迎信，曹立勇，程式华，占小登，沈希宏，陈代波，于萍，吴玮勋，
申请(专利权)人：中国水稻研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33