[发明专利]水稻叶绿素合成酶突变基因及其基因工程应用

说明书

技术领域

本发明一个新的水稻叶绿素合成酶突变基因Osygl1及其基因工程应用，属于基因工程领域，具体地讲涉及水稻叶绿素合成和水稻叶色发育的基因。

技术背景

植物叶色是叶绿体中各种色素的综合表现，正常叶中叶绿素占优势，通常表现为绿色。叶色变异是高等植物中突变频率较高且易于鉴定的突变性状。迄今为止，在水稻、小麦、大麦、玉米、大豆、棉花、烟草、玉米、向日葵、番茄、黄瓜、马铃薯、桑树等几乎所有高等植物中都发现了叶色突变体。其突变基因直接或间接影响光合色素，特别是叶绿素的合成和降解，导致各种色素的含量和比例改变，从而引起植物叶色变异。

水稻(Oryza sativa L.)作为我国乃至世界最重要的粮食作物之一，其产量的提高对解决未来全球粮食问题具有十分重要的战略意义。长期以来，传统的杂交育种手段在提高光能利用方面尚未取得令人满意的效果。叶色突变体是研究水稻光能利用的理想材料。目前，虽然在水稻中已得到一些黄绿叶突变体，但大多数研究仅局限于基因的初步定位。深入研究这些黄绿叶突变体的突变基因对于改良水稻光能利用效率和杂交种制种纯度控制具有重要的应用价值。

本研究通过对一个自然变异的水稻黄绿叶突变体ygl1基因的图位克隆和功能分析，从分子水平揭示了引起水稻黄绿叶突变性状的分子机理，且系统研究了该基因与叶绿体形成、光合效率及相关光合指标的关系，提出了利用Osygl1基因进行水稻黄绿叶遗传改良的方法。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于公开一个新的水稻叶绿素合成酶突变基因Osygl1及其基因工程应用，该突变基因Osygl1可作为目的基因导入水稻育种材料不育系当中，以改变叶片的叶色，用于水稻两系杂交稻制种或遗传育种。

技术方案

一种水稻叶绿素合成酶突变基因Osygl1，它来自水稻(Oryza sativa L.)，长度为1131bp，相应编码叶绿素合成酶的376个氨基酸，包含第198位氨基酸的突变位点由脯氨酸Pro(TCT)突变为丝氨酸Ser(CCT)，全序列见SEQ ID NO.1。

用转基因的方法将该突变基因Osygl1转移到光敏核不育系材料中，获得含有Osygl1基因，具有黄绿叶表型的不育系材料，可用于水稻两系杂交稻制种。

有益效果

1、本发明公开了一种水稻叶绿素合成酶突变基因(Osygl1基因)及其应用。该基因来自水稻(Oryza sativa L.)，可作为目的基因导入水稻，使叶片黄绿色，或通过杂交选育，转育黄绿色性状，获得叶色黄绿的水稻品种。检测出连锁标记RM3838(与黄绿叶色突变体中的ygl1基因的遗传距离0.1cM)，可用于水稻杂交育种分子标记辅助选择黄绿叶标记基因ygl1。

2、本发明人提供的Osygl1基因功能是参与植物的叶绿素合成的最后一步反应，mRNA表达分析表明Osygl1基因在水稻中组成性表达。

3、本发明的Osygl1基因来自水稻，所编码的蛋白质具有叶绿素合成酶活性，其与高等植物和藻类生物等具有较高的同源性，与燕麦的叶绿素合成酶ChlG、拟南芥叶绿素合成酶G4、Synechocystis sp.PCC 6803叶绿素合成酶相似性分别为88.39％、74.68％和53.94％，与细菌叶绿素合成酶序列相似性降低为20～30％。其中motif(WAGHDF-197)仅存在于高等植物的叶绿素合成酶中，细菌中缺乏这一motif，黄绿叶突变基因ygl1突变位点(Pro-198)位于该motif的末端。

4、利用野生型OsYGL1基因作为目的基因构建植物表达载体，其转化可使黄绿色叶的水稻品种恢复正常绿色。本发明提供了Osygl1基因的转基因应用方法。

5、用转基因的方法将Osygl1基因转移到光敏核不育系材料中，可获得含有Osygl1基因，具有黄绿叶表型的不育系材料，用于水稻两系杂交稻制种。

具体实施方式

实施例1  水稻叶绿素合成酶突变基因的分子克隆

1、突变基因ygl1位点的定位