[发明专利]一种诱导植物衰老与雄性不育相关蛋白TaPaO及其编码基因和应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地，本发明涉及一种诱导植物衰老与雄性不育的相关蛋白TaPaO及其编码基因和应用。

背景技术

现代农业生产中，人们广泛利用杂种优势来改良品种。杂种优势是指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种一代在生活力、生长势、繁殖力、抗逆性、产量和品质上比其双亲优势的现象。杂种优势利用被认为是今后小麦生产水平大幅度提高的主要途径。

在小麦遗传育种中，利用杂种优势的途径主要有三系法和二系法。“三系法”是最早发现并在相当长时间内成为小麦杂种优势利用的主要途径，以其制种纯度高的优点选育出了多种不同类型的核质互作雄性不育系。三系即不育系、保持系及恢复系。由于其中的不育系具有繁殖困难、恢复源窄、恢复源的筛选受到严格的恢复系和保持系的关系限制的缺点，使得三系法在实际生产中的应用受到限制。

上世纪九十年代，有学者报道培育成功了小麦光温敏不育系ES3、ES4和ES5等，并提出了利用光温敏不育系进行二系杂交小麦的研究。光温敏雄性不育二系法具有明显的优势：一系二用，简化制种程序，恢复源广，降低成本，利用程度高。目前，通过基因工程技术已经将很多不育相关基因转入到植物中，并获得了部分甚至完全雄性不育的植株。李国胜等利用基因工程的方法将雄性不育基因的重组载体pTA29-barnase转入农杆菌后转化烟草，将得到的转基因植株分别在低温(15℃-20℃)和正常温度(23℃-27℃)下进行培养，结果低温下烟草表现部分不育；将低温下生长的烟草转入正常温度进行培养时，育性恢复正常(李胜国，1997)。此外，他们还获得了雄性不育转基因油菜(罗玉英，1997)。中国科学院植物研究所利用转基因技术，采用组织特异性启动子TA29，将编码细胞分裂素合成关键酶基因-ipt转入烟草，发现转基因植株雄蕊发育异常，部分花丝变异成花瓣，从而造成雄性部分或完全不育(耿飒，2000)。通过基因工程方法得到雄性败育的转基因植株，对加速作物杂种优势的利用起到一定的推动作用。

叶绿素(Chl)是地球上最重要的光合色素。1913年Willstaer等阐明了Chl的基本化学结构；50年后，有机化学家Robert成功地合成了叶绿素a，并因此荣获诺贝尔化学奖。随后，人们一直对Chl生物合成代谢进行了广泛、深入的研究，其合成途径现已明确，而有关叶绿素降解代谢方面的研究却比较少。目前，比较明确的Chl降解途径有三步：第一步，叶绿素酶作用下叶绿素脱植基反应；第二步，脱镁螯合酶(MDCase)作用下脱植基叶绿酸向脱镁叶绿酸a转变；第三步，在脱镁叶绿(甲酯)酸加氧酶(pheophorbide a oxygenase，pheide a oxygenase，PaO)作用下卟啉大环的裂解反应。由于卟啉环裂解与叶片色素的丧失有关，因此第三步是叶片衰老时叶色黄化的关键步骤。

脱镁叶绿(甲酯)酸加氧酶(PaO)是迄今为止发现的参与叶绿素降解代谢的酶中最重要的关键酶(Hortensteiner S et al.，1998；Curty C et al.，1995)。研究表明，只在衰老叶片中检测到脱镁叶绿酸氧化酶的存在，而未衰老的组织中不存在，推测该氧化酶是在组织衰老时诱导合成的，因此该酶可能是叶片衰老时叶绿素降解途径中的关键酶。

目前关于PaO的报道包括：从呈现坏死斑点的玉米lls1(lethal leaf-spot 1)突变体和拟南芥acdl(accelerated cell death 1)突变体中得到克隆(Gray et al.，1997；Yanget al.，2004)；李鹏丽等(2006)从大豆中克隆了玉米lls1的同源基因，全长1817bp，命名为Gmlls1。该基因在自然衰老或人工诱导衰老的叶片组织中表现出明显的衰老上调趋势，与类受体蛋白激酶的表达有相关性，且在敲除类受体蛋白激酶后的转Gmlls1基因叶片中表现出与玉米类似的Lls1突变体典型的叶片斑状失绿坏死表型；但是，目前还未有小麦中PaO的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种诱导植物衰老和雄性不育的相关蛋白TaPaO。

本发明的再一目的是提供编码上述诱导植物衰老和雄性不育相关蛋白TaPaO的编码基因。

本发明的另一目的是提供包含上述基因的重组载体。

本发明的另一目的是提供包含上述基因的转基因细胞系。

本发明的另一目的提供上述诱导植物衰老和雄性不育相关蛋白TaPaO的应用。