[发明专利]一种水稻丝氨酰tRNA合成酶基因STS11及其编码的蛋白质的应用

说明书

本发明公开了一种水稻丝氨酰tRNA合成酶基因STS11(Seq ID No：1、2)及其编码的蛋白质(Seq ID No：3)的应用。本发明采用图位克隆技术首次在水稻中克隆到丝氨酰tRNA合成酶基因STS11并通过转基因互补实验鉴定了基因功能。STS11基因的克隆和应用，可有效调控水稻叶绿体的发育并可通过调控水稻叶绿体的发育来进行耐高温育种。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，特别是涉及一种水稻丝氨酰tRNA合成酶基因STS11及其编码的蛋白质的应用。

背景技术

水稻是我国三大粮食作物之一，世界上尤其是亚洲国家更是喜食大米。我国的水稻种植面积达4.5亿亩，位居世界第二。我国的14亿人口中，有60％以上以稻米为主要粮食。叶绿体是植物进行光合作用的场所，其通过光合作用把光能转变为化学能而为植物的生长提供能源。近年来随着全球气候变暖，高温热害频发，往往使叶绿体受损而无法进行正常的光合作用，从而造成了水稻的大幅减产。因此，在高温环境下，叶绿体的正常发育对维持水稻的稳产与高产、保障国家粮食安全至关重要。而利用农作物自身耐热性是控制热害发生最为有效和环保的途径之一(Li XM,Chao DY,Wu Y,Huang XH,Chen K,Cui LG,Su L,YeWW,Chen H,Chen HC,Dong NQ,Guo T,Shi M,Feng Q,Zhang P,Han B,Shan JX,Gao JP,LinHX.Natural alleles of a proteasomeα2subunit gene contribute tothermotolerance and adaptation of African rice.Nat Genet,2015,47:827-833)。

叶绿体是一种半自主细胞器，参与叶绿素生物合成和降解以及叶绿体发育的基因突变通常会产生叶色突变体。水稻叶色突变体是指水稻叶片颜色异常的一类突变体，它们是研究潜在机制的理想材料。到目前为止，水稻中已克隆了一系列叶绿素和叶绿体发育相关基因，包括OsCHLH、V(1)、OsCAO1、OsCAO2、YGL1和TCM5(Jung KH.Characterization of arice chlorophyll-deficient mutant using the T-DNA gene-trap system.Plant CellPhysiol,2003,44:463-472；Kusumi K,Sakata C,Nakamura T,Kawasaki S,Yoshimura A,Iba K.A plastid protein NUS1 is essential for build-up the genetic system forearly chloroplast development under cold stress conditions.Plant J,2011,68:1039-1050；Lee S,Kim JH,Yoo ES,Lee CH,An G.Different regulation of chlorophylla oxygenase genes in rice.Plant Mol Biol,2005,57:805-818；Wu Z,Zhang X,He B,Diao L,Sheng S,Wang J,Guo X,Su N,Wang L,Jiang L,Wang C,Zhai H,Wan J.Achlorophyll-deficient rice mutant with impaired chlorophyllide esterificationin chlorophyll biosynthesis.Plant physiol,2007,145:29-40；Zheng K,Zhao J,LinD,Chen J,Xu J,Zhou H,Teng S Dong Y.The rice TCM5 gene encoding a novel degprotease protein is essential for chloroplast development under hightemperatures.Rice,2016,9:13)。某些叶色突变体在低温下叶色表现正常的绿色，而当温度上升达到一定温度时，突变体叶色会由绿色变为白化或其他非正常表型，其叶绿体发育异常。这些叶色突变体由于对温度变化十分敏感，被定义为温敏型突变体(李超,林冬枝,董彦君,叶胜海,张小明.一个水稻苗期温敏感白条斑叶突变体的遗传分析及基因定位.中国水稻科学,2010,2:223-227)。