[发明专利]蛋白质OsARE1在调控植物衰老中的应用

说明书

本发明公开了蛋白质OsARE1在调控植物衰老中的应用。所述蛋白质OsARE1为氨基酸序列是序列表中序列1所示的蛋白质。实验证明，将水稻中蛋白质OsARE1的编码基因沉默或敲除，可以延缓植物衰老。蛋白质OsARE1及其编码基因是改良植物抗衰老能力及相关性状的一个有效遗传靶点，在农业领域具有潜在的市场价值和广阔的应用前景。本发明具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及蛋白质OsARE1在调控植物衰老中的应用。

背景技术

衰老是生物体在细胞、组织、器官及个体水平上随时间推移逐渐退化的一个生物学过程，其引发生命的终结。植物衰老是一个器官水平上的衰退过程，往往伴随叶肉细胞和个体的死亡，如水稻、玉米和大豆等一年生植物灌浆期间叶片的衰老。对树木等多年生植物而言，衰老主要体现在秋季叶片颜色的变化上。

植物衰老并非一个被动无序的衰退过程，其本质上是一个叶肉细胞的程序性死亡过程。叶片是植物进行光合作用的主要场所，经过一段时间的光合作用并积累营养物质，叶肉细胞进入衰老期。衰老期间，叶肉细胞的结构、代谢和基因表达均经历有序的变化。叶绿体含有叶肉细胞约70％的总蛋白，是第一个被降解的细胞器。衰老叶片叶绿素含量迅速降低，是叶片衰老速率的一个重要指标。随后，过氧化物酶体等细胞器活性逐渐降低并降解。细胞核和线粒体控制基因转录和能量供应，其完整性一直维持到衰老最后阶段。在细胞代谢方面，衰老叶片的碳同化过程逐渐被叶绿素、蛋白质、膜脂及RNA等生物大分子的降解过程取代，从而促进养分转移至幼嫩叶片、种子和果实等器官中。叶片衰老是自然界所有植物生命活动必须经历的一个生理现象，是植物演化过程中被选择保留下的一个生物学过程。在农业生产上，叶片衰老缩短作物生命周期，降低作物产量，导致蔬菜作物叶片黄化及养分流失。因此，挖掘叶片衰老的遗传控制基因，有助于加深人类对该生理现象的认识，从而为生物工程技术改良衰老相关性状提供理论依据。

研究表明，植物衰老受内在遗传因素和生长环境等外在因素互作调控。影响衰老发生的外在因素包括高温、低温、干旱、臭氧、营养缺乏、病原菌侵染和荫蔽等各种环境胁迫因素，内在因素主要包括基因(如光合作用调控基因CAB2、蛋白合成调控基因RPS与RBC，以及衰老相关标志基因SAGs等)表达水平的波动和植物激素(如细胞分裂素、乙烯、乙酰水杨酸和茉莉酸等)含量的变化等。

通常来说，处于某一生育时期的植物，理应存在一类识别并传导衰老信号的调控基因，以精确控制衰老标志基因的表达，从而引发衰老相关生理过程。目前，响应衰老发生的信号分子及识别或感知该信号物质的基因未见报道。有研究表明，糖浓度升高抑制叶片光合活性并促进衰老，暗示植物可能通过识别体内糖含量的变化决定叶片生长或衰老，其具体分子机理有待进一步研究。参与控制衰老过程的下游组分已被大量报道，主要以转录因子为主。拟南芥、水稻、小麦、大麦、苜蓿和白杨等多个物种转录组测序分析结果发现，叶片大量转录因子编码基因表达量在衰老起始后发生显著变化，表明衰老过程至少在基因表达水平上被精细调控。例如，拟南芥中编码WRKY类转录因子基因AtWRKY53和AtWRKY6分别参与调控衰老过程。AtWRKY53基因在叶片衰老起始阶段上调表达而在后期下调表达，AtWRKY53基因突变延缓拟南芥叶片衰老，表明AtWRKY53正调控衰老过程。AtWRKY6基因受衰老和逆境胁迫诱导表达，其可能通过激活下游的类受体蛋白激酶编码基因SIRK正调控衰老过程。此外，受AtWRKY6调控的下游基因还包括衰老偶联蛋白基因SEN1、茉莉酸信号转导基因NAC2和谷胱甘肽转移酶基因等。虽然AtWRKY6功能缺失突变改变上述SAGs基因表达量，但其突变体并没有明显的衰老相关表型，这可能是由于WRKY基因家族存在功能冗余造成。另有报道，拟南芥和小麦中一类植物特异转录因子NAC突变体具有明显的晚衰表型，表明NAC促进植物衰老发生。现有研究结果表明，转录因子是参与调控植物衰老的重要成员，为解析衰老发生的分子机理奠定了坚实基础，是基因工程技术改造叶片衰老性状的重要理论依据。