[发明专利]一种水稻衰老控制基因OsCKX11及其应用

说明书

本发明属于基因工程技术领域，公开了一种水稻叶片衰老控制基因OsCKX11及其应用，水稻叶片衰老控制基因OsCKX11氨基酸序列与氨基酸序列SEQ ID No.1所示的氨基酸序列具有至少70％的同源性。本发明通过定点突变水稻细胞分裂素氧化酶编码基因OsCKX11，分析其突变体表型变化发现，该基因功能缺失会使水稻叶片晚衰；在一些早衰的栽培品种中，利用基因工程技术敲除OsCKX11可以有目的地调控植物的衰老进程，调整植物群体发育时期以达到增产的目的，有非常重要的应用价值。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，尤其涉及一种水稻衰老控制基因OsCKX11及其应用。本发明使用反向遗传学技术鉴定OsCKX11的生物学功能，还涉及该基因突变后抑制水稻叶片早衰从而调节植株的发育影响水稻的产量。

背景技术

叶片衰老是叶片生长发育的最后一个阶段，叶片衰老是一个复杂的生理活动，一部分蛋白被激活表达的同时也有一部分蛋白被降解[1]。当叶片衰老时，随着叶绿素被降解以及体内水分的减少，光合速率逐渐降低，营养物质被运输到果实或者种子中储存。相关研究表明，当叶片处于衰老状态时，其内源细胞分裂素含量明显下降[3]；而当用外源细胞分裂素处理叶片时，对叶片的衰老有明显的抑制作用[4]。细胞分裂素在抑制植物叶片衰老时主要体现在以下几点：影响营养物质运输；影响脂质过氧化反应；影响植物体内其他激素的含量；在衰老后期抑制叶绿素的降解；抑制植物体内源L-丝氨酸的积累，降低丝氨酸对植物衰老的启动等[5,6,7]。

细胞分裂素含量在植物体内的动态平衡需要细胞分裂素氧化酶(Cytokininoxidase/dehydrogenase，CKX)维持，CKX能断裂细胞分裂素侧链使其失活，这个反应是不可逆的[8]。编码细胞分裂素氧化酶的是一个多基因家族，水稻体内有11种细胞分裂素氧化酶，不同细胞分裂素氧化酶之间的差异主要体现在它们的催化性能、亚细胞定位以及表达特征上[9]。

近些年来培育的一些超级稻品种，其生育后期会受逆境胁迫，如极端温度、干旱、养分匮乏等，使功能叶片发生早衰。在农业生产中，叶片过早衰老常使植株光合速率迅速下降，光合产物的减少导致水稻结实率低，空秕率高，品质下降[10]。严重影响了超级稻产量潜力的发挥。

本发明利用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点敲除OsCKX11后，突变体出现了叶片晚衰的现象。根据理论上的推算，如果水稻的功能叶片衰老推迟1天，可以使水稻增产约2％，如果将这项发明应用于农业生产中，可以有效抑制超级稻的早衰，提高超级稻的产量。

上文中涉及的参考文献如下：

[1]Becker W,Apel K.Differences in gene expression between naturalandartificially induced leafsenescence[J].Planta,1993,189(1):74-79.

[2]Lee R H,Wang C H,Huang L T,et al.Leaf senescence in rice plants:cloning and characterization of senescence up-regulated genes.[J].JournalofExperimental Botany,2001,52(358):1117.

[3]Zwack P J,Rashotte A M.Cytokinin inhibition of leaf senescence[J].Plant SignalingBehavior,2013,8(7):-.