水稻白化转绿叶基因VAL1及其编码的蛋白和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种水稻白化转绿叶基因VAL1及其编码的蛋白和应用，水稻白化转绿叶基因VAL1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示，与野生型相比，水稻白化转绿叶基因VAL1在第3个外显子上的T碱基转换为C碱基，从而导致突变体中氨基酸由苯丙氨酸变为丝氨酸。该基因突变后，val1突变体在幼苗早期出现白化叶片；从幼苗后期至分蘖期，叶片逐渐转绿且叶片边缘白化，表现出混合表型；在抽穗期，叶片几乎呈灰绿色，只有少数叶片表现出边缘白化。通过杂交发现该性状为隐性性状，因此能够利用此性状进行新品种的选育和种子纯度鉴定，对水稻的遗传育种具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
水稻白化转绿叶基因VAL1及其编码的蛋白和应用
本专利技术属于遗传学
，涉及水稻白化转绿叶基因VAL1及其编码的蛋白和应用。
技术介绍
叶色突变是高等植物表现出的较为直观的一类突变形式，通常由光合色素组成和含量改变引起，表现出叶片颜色存在差异。叶色变异类型丰富，按照苗期叶色表现，可以将叶色突变体分为黄化、白化、浅绿、深绿、常绿、条纹和斑点等类型，而按照叶色突变后能否恢复正常可分为转绿和非转绿类型(Yooetal.,2009)。迄今为止，水稻叶色突变体已得到大量的研究和应用。其中，已有170个左右的叶色突变基因定位于水稻12条染色体上，约有60个左右叶色突变体基因被成功克隆。水稻叶色突变体的挖掘和研究具有重要的理论研究和应用价值。在基础研究上，水稻叶色突变体是解析叶绿素合成、叶绿体发育等光合作用机理研究的理想材料。因此，通过利用叶色突变体克隆相关基因，研究基因突变的遗传和调控机制，是深入认识光合作用机理，服务育种实践的重要基础。如郭春爱等利用水稻低叶绿素b突变体研究了低叶绿素b对突变体光系统II热稳定性的影响。结果表明，低叶绿素b突变体对高温更敏感，PSII捕光色素蛋白复合体(LHCII)中叶绿素b减少可能降低了PSII结构与功能的热稳定性(郭春爱等，2007)。Jung等鉴定分离出水稻中编码镁－整合酶H亚基的基因OsCHLH，该基因突变后，酶活性降低，突变体表现为苗期叶片失绿发白，叶绿体的类囊体膜发育不全，且叶绿素含量很低(Jungetal.,2003)。另一个关键酶是叶绿素a氧化酶，是合成叶绿素b所必需的酶，Lee等研究发现，OsCAO1基因突变后，突变体叶绿素b合成受阻，导致叶绿素b的含量几乎为零(Leeetal.,2005)。在育种应用上，水稻叶色突变体不仅可以作为形态标记，用于培育携带叶色标记的三系或两系不育系，提高杂交种子纯度，而且还可以作为高光效资源(如常绿突变体)应用于超高产育种。目前，我国已利用叶色突变体育成了多个携带叶色标记的不育系。由于叶色变异多为隐性单基因控制，极易被转育成不同遗传背景的不育系，且不会对其杂交组合的叶色和产量造成影响，因而在杂交稻遗传育种上具有重要的利用价值。目前，已培育出标1A、M2S、安农810S等淡绿叶不育系，以及玉兔S、NHR111S、白丰A、全龙A等白化转绿型不育系(李云，2007；吴伟，2006；赵海军，2004)。然而，在生产实践中，也经常发现，某些黄叶不育系在全生育期表达，影响了不育系的繁殖和制种产量；而某些白化转绿不育系因叶色转化时间过早(多在三叶期后转色)，使除杂期缩短，亦不便于后期除杂。此外，多数苗期标记性状单系本身性状不优良、常导致其它重要农艺性状显著降低，利用时都需进行一个杂交转育过程以克服不良性状的遗传累赘，实现优异性状的聚合，这个过程往往非常困难，都要通过大量长期的转育才能实现。因此，到目前为止，具有育种价值的水稻叶色变异材料仍然非常匮乏，急待挖掘和利用一些兼顾产量及叶色表达时期，中后期转绿型资源或非生理损伤型叶色基因及其突变体。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供水稻白化转绿叶基因VAL1，该基因为苗期标记性状，并且对其他主要农艺性状无显著影响，为水稻转基因研究提供有力的工具，促进杂交稻育种研究；本专利技术的目的之二在于提供水稻白化转绿叶基因VAL1编码的蛋白质；本专利技术的目的之三在于提供水稻白化转绿叶基因VAL1的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：水稻白化转绿叶基因VAL1，核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。上述水稻白化转绿叶基因VAL1编码的蛋白质，氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。上述水稻白化转绿叶基因VAL1在水稻叶色性状的分子育种中的应用。优选的，所述水稻品种为缙恢10号。本专利技术利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变自育优良恢复系缙恢10号获得一个遗传稳定的水稻“白化转绿叶”突变体，在遗传分析和基因定位的基础上，先通过基因预测、同源搜索及基因序列差异比较，确定了水稻白化转绿叶突变性状为VAL1隐性基因控制，VAL1基因编码一个磷酸核糖胺甘氨酸连接酶(LOC_Os08g09210)，是嘌呤核苷酸从头合成途径的第二个酶。随后，本专利技术以水稻白化转绿叶突变体val1为材料，克隆了水稻白化转绿叶基因VAL1，具有如SEQIDNO.1所示的核苷酸序列，开放阅读框为1584bp，编码527个氨基酸，其氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。与野生型缙恢10号相比，突变基因VAL1在第3个外显子上的T碱基转换为C碱基，从而导致突变体中氨基酸由苯丙氨酸变为丝氨酸。将含有野生型基因LOC_Os08g09210的7198bpDNA片段转化到val1突变体中进行互补验证。在转基因植株中，突变表型完全恢复(图2B)。随后，构建了RNAi干涉载体并转化野生型缙恢10号。在转基因植株中，VAL1的转录水平显著降低(图2D)，且植株叶片出现和val1相似的白化转绿表型(图2B)。进一步确定水稻白化转绿叶突变性状由VAL1基因突变引起，因此，水稻白化转绿叶基因VAL1可用于水稻叶色性状的分子育种。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了水稻白化转绿叶基因VAL1及其编码的蛋白和应用，水稻白化转绿叶基因VAL1的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示，氨基酸序列如SEQIDNO.2所示，与野生型相比，水稻白化转绿叶基因VAL1在第3个外显子上的T碱基转换为C碱基，从而导致突变体中氨基酸由苯丙氨酸变为丝氨酸。该基因突变后，val1突变体在幼苗早期出现白化叶片；从幼苗后期至分蘖期，叶片逐渐转绿且叶片边缘白化，表现为混合表型；在抽穗期，叶片几乎呈灰绿色，只有少数叶片表现出边缘白化。通过杂交发现该性状为隐性性状，因此能够利用此性状选育新品种和种子纯度鉴定，对水稻的遗传育种具有重要意义。本专利技术的水稻白化转绿叶基因VAL1为苗期标记性状，对其他主要农艺性状无显著影响，为水稻遗传育种研究提供了有力的工具，为选育纯种不育系奠定基础。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为野生型(WT)和val1突变体的表型特征。(A-C)WT和val1在幼苗期(A)、分蘖期(B)和抽穗期(C)的表型。右上方为WT和val1叶片的放大图像。(D-F)WT和val1在幼苗期(D)、分蘖期(E)和抽穗期(F)的叶片叶绿素含量。图2为VAL1基因的分子鉴定。(A)VAL1基因的图位克隆。(B)野生型、互补植株、val1突变体和VAL1-RNAi植物的表型。标尺为5μm。(C)分蘖阶段野生型、互补植株和VAL1-RNAi植株的叶绿素含量。(D)VAL1在野生型和3个RNAi株系叶片中的表达分析。(E-H)抽穗期野生型、互补植株和VAL1-RNAi植株的净光合速率(E)，气孔导度(F)，胞间CO2浓度(G)和蒸腾速率(H)。图3为VAL1基因的表达模式和VAL1蛋白的亚细胞定位。(A)实时PCR检测不同组织中VAL1的表达模式。(B,C)实时PCR检测叶片中VAL1的表达模式。(D)原位杂交检测VAL1的表达模式。(E)VAL1蛋白的亚细胞定位。标尺为50μm。SB，茎基部；L4，第四片叶子；L2，第二叶；L3L，第三叶的下半部分；L3U本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水稻白化转绿叶基因VAL1，其特征在于，核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

【技术特征摘要】
1.水稻白化转绿叶基因VAL1，其特征在于，核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。2.权利要求1所述水稻白化转绿叶基因VAL1编码的蛋白质，其特征在于，氨基酸序列如SE...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，何光华，赵芳明，李云峰，桑贤春，凌英华，王楠，杨正林，张长伟，吴仁鸿，姚贺盛，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50