一种调控水稻粒型和叶色的去泛素化酶基因UBP5及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种调控水稻粒型和叶色的去泛素化酶基因UBP5，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明专利技术还提供了水稻UBP5基因编码的蛋白质，其氨基酸序列如SEQ ID NO.3所示。实验证明，水稻去泛素化酶基因UBP5能够导致水稻叶片颜色和种子形状发生变化，本发明专利技术还发现水稻泛素化酶基因UBP5发生突变后，能够使水稻叶片呈现条纹状，籽粒变长，结实率变低，叶绿素总含量显著减少。本发明专利技术提供了UBP5基因及其突变体在水稻种质资源的遗传改良育种中的用途，具有较好的应用前景。

A UBP5 gene for regulating rice grain and leaf color and its application

The invention provides a rice grain shape and leaf color of the deubiquitinating enzyme gene UBP5, its nucleotide sequence is shown as SEQ ID NO.1. The invention also provides a rice UBP5 gene encoding protein, its amino acid sequence is shown as SEQ ID NO.3. Experiments show that rice deubiquitinating enzyme gene UBP5 can lead to rice leaf color and seed shape changes, the invention also found that rice ubiquitin gene UBP5 mutation, can make the rice leaf show striations, grain variable length, seed setting rate is low, the total chlorophyll content decreased significantly. The present invention provides the application of UBP5 gene and its mutants in genetic improvement breeding of rice germplasm resources, and has good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种调控水稻粒型和叶色的去泛素化酶基因UBP5及其应用
本专利技术属于基因工程领域，具体地说，涉及一种调控水稻粒型和叶色的去泛素化酶基因UBP5、其编码的蛋白及其在水稻种质资源改良中的应用。
技术介绍
蛋白的泛素化和去泛素化修饰是真核细胞中广泛存在的转录后修饰。底物的泛素化与去泛素化的精确调控具有非常重要的生物学意义，参与了诸如蛋白质降解、自噬、DNA损伤修复、细胞周期、信号转导、基因表达以及炎症免疫等重要的生命过程。蛋白的泛素化主要是参与底物的降解和异常蛋白的清除，它是由一系列酶促反应来完成，包括泛素活化酶E1、泛素耦合蛋白E2及泛素连接酶E3等。E1在ATP的帮助下催化泛素末端的甘氨酸，与自身的一个半胱氨酸之间形成一个硫酯键。通过转酰基作用，活化的泛素再转移到泛素耦合蛋白E2的一个半胱氨酸上，形成E2-Ub；然后在泛素连接酶E3的作用下，将E2-Ub上的Ub连接到需要降解蛋白的赖氨酸上。经过这一过程，单个或多个泛素被连接到目标蛋白质上，泛素化的蛋白在细胞质内被蛋白酶体降解。在植物中，蛋白的泛素化参与多种生育进程，例如细胞分裂、分化、生物胁迫和非生物胁迫等。在拟南芥遭受高盐胁迫时，泛素连接酶E3-SAP5参与调控下游响应基因AtGols2、AtCP1等基因的表达。SAP5具有E3泛素连接酶活性，过表达SAP5可以显著提高转基因植株对干旱和盐胁迫的抗性。蛋白泛素修饰的逆过程是蛋白的去泛素化，它是在去泛素化酶的作用下将泛素化的底物移除泛素的反应过程。去泛素化酶主要有三个功能：一是切割泛素基因初始翻译产物形成泛素单体；二是去泛素化酶水解泛素/26S蛋白酶体途径中加在底物上的泛素链，使泛素单体再循环利用；三是去泛素化酶将共价连接在底物上的泛素游离下来，使蛋白底物和泛素都被释放出来。在人和动物中已经报告了多个去泛素化酶基因，对其生物学功能和作用也有了比较深入的研究。但在植物中，只有少量的去泛素化酶基因的研究报道例如，例如拟南芥去泛素化酶UBP1和UBP2在抵御刀豆氨酸胁迫中发挥重要作用。ubp1、upb2单突变体和ubp1/ubp2双突变体在正常的培养环境中生长无异常，但是当在含精氨酸类似物刀豆氨酸的培养基上生长时，ubp1和upb2单突变体或双突变体严重发育不良。此物，去泛素化酶UBP26影响DNA的甲基化水平。正常植株中，UBP26可以使H2B第143位的赖氨酸上的泛素化水平降低，而在ubp26突变体中，H3第9位赖氨酸的二甲基化水平降低，使异染色质区的转座子表达量增强。植物与动物、单子叶植物与双子叶植物存在巨大的差别，去泛素化酶同样在不同植物中发挥着不同的功能与作用。目前，还未见有水稻去泛素化酶基因的报道，而且对于去泛素化酶如何调控水稻粒型和叶色的机制也是未知的。因此，本领域有必要扩大去泛素化酶的研究范围，加深对于去泛素化酶的认知。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水稻去泛素化酶基因及其应用。本专利技术提供的去泛素化酶基因UBP5具有调控水稻粒型和叶色的功能，其核苷酸序列如SEQIDNo.1所示或与该核苷酸序列具有80％以上同源性的核苷酸序列。进一步地，本专利技术提供的去泛素化酶基因UBP5的CDS序列如SEQIDNO.2所示。本专利技术还提供了上述去泛素化酶基因UBP5编码的蛋白，其具有：1)如SEQIDNo.3所示的氨基酸序列；或2)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1)衍生的蛋白质。本专利技术提供了含有上述去泛素化酶基因UBP5的生物材料，所述生物材料为载体、宿主细胞、转化植物细胞。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在制备转基因植物中的应用。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在水稻种质资源改良中的应用。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在调控水稻粒型中的应用。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在调控水稻叶片发育中的应用。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在调控水稻叶绿素含量中的应用。上述去泛素化酶基因UBP5的突变体(SEQIDNO.2第1109位核苷酸由G突变为A，导致丝氨酸突变为天冬酰胺)可使水稻叶绿素含量降低(减少)、使水稻籽粒变长、使水稻叶片形态出现条纹状。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在调控水稻结实率中的应用。进一步地，上述去泛素化酶基因UBP5的突变可使水稻结实率降低。本专利技术提供了上述去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白或含有该基因的生物材料在观赏稻分子育种中的应用。本专利技术的优点在于：本专利技术利用来自日本晴的EMS诱变突变体库(已在CHR729IsaCHD3ProteinThatControlsSeedlingDevelopmentinRice[J].Plosone,2015,XiaodingMa,etal.文献中公开)的水稻ubp5突变体(水稻条纹叶突变)，通过与日本晴杂交，证明该突变体性状受隐形单基因控制。本专利技术利用图位克隆技术和功能互补实验，成功克隆了一个新的水稻去泛素化酶基因UBP5，该水稻UBP5基因的单个氨基酸替换(SEQIDNO.2第1109位核苷酸由G突变为A，导致丝氨酸突变为天冬酰胺)突变体ubp5在形态上表现出叶片颜色呈现条纹状、籽粒变长和结实率降低。正常功能的UBP5基因转化该突变体后植株恢复为野生型的表型功能缺失将导致水稻籽粒和叶片发育异常，表明该基因在水稻粒型改善和观赏稻分子育种中具有应用潜力。此外，通过对UBP5基因的功能解读，可以为研究去泛素化酶调控水稻籽粒和叶绿体发育机制提供技术支撑。附图说明图1：水稻UBP5基因野生型和突变体ubp5的表型比较，其中，A：野生型与突变体苗期表型，左为野生型，右为突变体ubp5；B：野生型与突变体叶片表型，左为野生型，右为突变体ubp5；C：野生型与突变体三叶期、分蘖期和抽穗期倒二叶叶片叶绿素含量；D：野生型与突变体种子粒长比较。图2：UBP5基因定位图，其中，A：UBP5基因精细定位图；B：定位区间内包含8个转录本，黑色标记的为目的基因。图3：UBP5及其水稻同源蛋白进化树分析。图4：荧光定量PCR检测UBP5基因组织表达情况。图5：pCUbi1390-UBP5过表达载体图谱。图6：pCUbi1390-UBP5过表达载体转化ubp5突变体的转基因植株，其中，A：pCUbi1390-UBP5转化ubp5突变体恢复了突变体叶色表型；B：pCUbi1390-UBP5转化ubp5突变体恢复了突变体粒长表型。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；若未特别指明，实施例中所用试剂均为市售。实施例1突变体的获得与表型分析水稻ubp5突变体来源于粳稻品种日本晴的EMS诱变产生的突变，该突变体在中国北京获得。正常播种条件下，突变体ubp5种子发芽势明显弱于其野生型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控水稻粒型和叶色的去泛素化酶基因UBP5，其具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列或与该核苷酸序列具有80％以上同源性的核苷酸序列。

【技术特征摘要】
1.一种调控水稻粒型和叶色的去泛素化酶基因UBP5，其具有SEQIDNo.1所示的核苷酸序列或与该核苷酸序列具有80％以上同源性的核苷酸序列。2.权利要求1所述的去泛素化酶基因UBP5编码的蛋白，其特征在于，其具有：1)如SEQIDNo.3所示的氨基酸序列；或2)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1)衍生的蛋白质。3.权利要求1所述的去泛素化酶基因UBP5或其编码的蛋白在调控水稻粒型、调控水稻叶片发育、叶绿素含量或调控水稻结实率中的应用。4.一种去泛素化酶基因UBP5的突变体，其特征在于，其为权利要求1所述的去泛素化酶基因UBP5的CDS序列SEQIDNO.2第1109位核苷酸由G突变为...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小定，韩龙植，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11