一种DNA转座子在调控水稻光保护中的应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种DNA转座子在调控水稻光保护中的应用。所述的转座子位于水稻光保护相关基因OsPsbS1的转录起始位点前

【技术实现步骤摘要】
一种DNA转座子在调控水稻光保护中的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程
，具体涉及一种DNA转座子在调控水稻光保护中的应用。所述的转座子位于水稻光保护关键基因OsPsbS1的转录起始位点前-1601～-1000以及-2108～-2047区域，这两个区域的DNA转座子能显著抑制OsPsbS1的表达，本专利技术验证了这两个DNA转座子的功能及其在水稻光保护调控中的应用，为水稻光保护潜能的优化及遗传改良提供了新的遗传资源和应用途径。

技术介绍

[0002]光是植物光合作用所必需的，植物光合机构中叶绿体色素吸收的光能通过光化学过程转化为稳定的化学能。然而，当植物吸收的光能超过其所需时，过剩的光能会导致光抑制现象，从而明显降低光合效率。为了优化光合作用和防止高光胁迫，植物在进化过程中形成各种光适应和光保护的机制。当植物吸收的光能超过其所需时，过剩的光能会导致光抑制现象，从而明显降低光合效率。不能用于光化学反应，也不能以荧光及热的形式耗散的激发能将转移到氧分子，产生对光合机构具高度破坏性的活性氧自由基。热耗散是以反馈去激发机制介导进行的，可以通过测量叶绿素荧光非光化淬灭(Non-photochemical quenching,NPQ)参数来衡量。非光化淬灭调节着光系统II的能量转换，保护植物免受或减轻光抑制。非光化淬灭由高光强诱导产生，随着关闭高光强而弛豫。根据其弛豫动力学(Relaxation kinetics)特性，非光化淬灭可以分为至少3个组分：依赖能量的淬灭qE、状态转换淬灭qT及光抑制淬灭qI，其中qE是高等植物中的最主要组分。对模式植物拟南芥的研究表明，类囊体跨膜pH梯度、叶黄素循环中合成积累的玉米黄素、光系统ⅡPsbS蛋白及其表达量是控制非光化淬灭产生以及决定qE及整个NPQ容量大小的重要因子。
[0003]PsbS是叶绿体类囊体膜上光系统Ⅱ的一个亚基，一类叶绿素a/b结合蛋白。qE的激活需要二聚的PsbS蛋白单体化以及增强PsbS与捕光复合物体在光系统II中的相互作用。PsbS与捕光复合物体的相互作用受到ΔpH和玉米黄质水平的影响。水稻通常在高自然光强条件下生长，另一方面受水稻冠层内部叶片相互遮蔽、风及太阳入射角度变化等因素影响，水稻叶片接受的光强极具动态性，因此qE的快速诱导与弛豫对于水稻健康生长非常重要。目前在水稻中发现了控制qE自然变异的主效基因OsPsbS1，该基因表达量与植株NPQ值呈显著正相关。
[0004]水稻基因组中有很多转座元件和重复序列。转座元件包括DNA转座子和反转座子。研究表明，植物可以从转座元件和重复序列产生24-nt小干涉RNA(siRNA)，激发CG,CHG及CHH(H＝A,T或C)的DNA甲基化，进而影响邻近基因表达。水稻中OsDCL3a主要负责24-nt siRNA的加工。

技术实现思路

[0005]本专利技术在水稻光保护关键基因OsPsbS1的启动子区域检测到两个DNA转座子，并发现这两个DNA转座子区域产生的24-nt siRNA会影响该区域DNA甲基化程度，从而最终影响
OsPsbS1基因表达和水稻的光保护能力。
[0006]具体地，本专利技术的技术方案如下所示:
[0007]申请人使用启动子截短的方法发现含两个DNA转座子的区段对启动子活性存在显著效应。申请人将OsPsbS1启动子-2153～322区域逐步截短为-1705～322,-1225～322,-689～322和-34～322四个区域，并使用原生质体瞬时表达(图2)和稳定转化检测GUS报告基因(图3)的方法分别检测启动子活性。发现将-2153～-1225区域截掉后，启动子活性显著升高，表明该区域有元件对OsPsbS1基因表达起抑制作用。而进一步将-1225～-689区域截掉后，启动子活性再次显著升高，表明该区域也有元件对OsPsbS1基因表达起抑制作用。
[0008]申请人在重复序列数据库(http://www.repeatmasker.org/)中检索OsPsbS1基因的启动子区域，在OsPsbS1基因转录起始位点前-1601～-1000以及-2108～-2047区域找到两个DNA转座子。植物重复序列中会产生24-nt siRNA，这些24-nt siRNA在CG、CHG和CHH(H＝A、T或C)位点触发DNA甲基化，影响附近基因的表达。申请人发现在-1601～-1000以及-2108～-2047两个DNA转座子区域的24-nt siRNA和DNA甲基化的富集(图3，图4)，而这种DNA甲基化的修饰会使得下游基因的表达下降。
[0009]为了证明这两个DNA转座子对下游OsPsbS1基因的影响，申请人向中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风老师索要了OsDCL3a表达受抑制的转基因水稻材料，即水稻家系dcl3a-3和dcl3a-1。水稻中OsDCL3a主要负责24-nt sRNA的加工，该基因缺失或表达受抑制会导致24-nt siRNA合成受阻。申请人比较了dcl3a-3、dcl3a-1水稻家系和野生型家系(日本晴)中上述两个DNA转座子区段24-nt siRNA积累情况，发现由于dcl3a-3和dcl3a-1家系中24-nt siRNA合成受阻可导致上述两个DNA转座子对应区段BSP1及BSP2中24-nt siRNA减少(图4)。
[0010]申请人使用亚硫酸氢钠测序检测OsPsbS1基因的启动子两个DNA转座子区域的甲基化水平，发现相对于野生型家系，dcl3a-3和dcl3a-1家系在两个DNA转座子区域的CHG和CHH甲基化显著减少(图4)。随后申请人测定WT、dcl3a-3和dcl3a-1家系中OsPsbS1表达量以及NPQ值，图5中结果显示相对于野生型家系(WT，水稻日本晴)，dcl3a-3和dcl3a-1家系中的OsPsbS1基因表达量以及NPQ值都显著升高。
[0011]以上结果证明了：OsPsbS1基因转录起始位点前-1601～-1000及-2108～-2047两个DNA转座子区域会通过产生24-nt siRNA，激发该区域CHG和CHH DNA甲基化，从而影响紧邻基因OsPsbS1的表达，最终影响到水稻的光保护能力。这两个转座子在调控及优化水稻光保护中具有重要作用。
附图说明
[0012]图1：本专利技术的技术路线图。
[0013]图2：OsPsbS1启动子截短原生质体瞬时表达结果。
[0014]图3：OsPsbS1启动子截短稳定转化GUS活性结果。
[0015]图4：WT(水稻日本晴)、水稻dcl3a-3和dcl3a-1家系中OsPsbS1基因区域siRNA测序结果。
[0016]图5：WT(水稻，日本晴)、水稻家系dcl3a-3和dcl3a-1中两个DNA转座子区域甲基化水平。
[0017]图6：WT(水稻，日本晴)、水稻家系dcl3a-3和dcl3a-1中OsPsbS1表达量和NPQ值。图7：是本专利技术涉及的pGreen II载体的图谱。
具体实施方式
[0018]对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.组合或分开使用的一种DNA转座子的核苷酸序列在调控水稻光保护中的应用，其特征在于所述的DNA...

【专利技术属性】
技术研发人员：王功伟，汪全秀，付湘逵，刘畅，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：