[发明专利]大白菜PAO基因及其在调控植物持绿性状中的应用

说明书

本发明公开了大白菜PAO基因及其在调控植物持绿性状中的应用。本发明提供了一种蛋白，为如下(1)或(2)：(1)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(2)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的由(1)衍生的蛋白质。本发明的实验证明了通过异源过表达互补实验验证PAO基因在大白菜叶绿素降解调控中的功能，为进一步通过基因工程手段诱变PAO基因创制持绿性植物材料提供新的靶基因资源，为持绿性绿叶菜、青花菜、烟叶、观赏植物、草坪草等新品种选育奠定材料基础。

技术领域

本发明属于分子遗传学领域，涉及与大白菜PAO基因及其在调控植物持绿性状中的应用。

背景技术

绿色蔬菜在贮存、运输或加工过程中，叶绿素容易降解，叶片发黄变质，难以适应远途运输和较长时间的贮藏，使其食用品质和商品品质下降。因此延缓绿色蔬菜叶片衰老、变质、延长保鲜期、提高其经济价值、成为一个迫切需要解决的难题。在实际生产上，虽然保持蔬菜绿色的方法有很多，但有的方法成本太高，有的方法在加工过程中由于重金属的残留而受到食品卫生法的限制，并且保绿效果不十分理想。持绿突变体具有在衰老后叶绿素降解不明显和叶片依然保持绿色的先天优势，因而在绿叶蔬菜的育种和栽培上及贮运保鲜、延长货架期等方面有巨大的应用前景和经济价值。

采后植物叶片衰老是叶片发育的最后阶段，是植物营养物质再循环的一个重要环节(Park et al.,2007)。采后叶片衰老最明显的标志是由叶绿素降解而引起的绿色褪去和之后的花青素或类黄酮类物质的显色(Matileet al.,1999)。持绿性(stay-green)是指植物衰老叶片叶绿素不降解或降解不明显，较长时间保持绿色甚至完全不黄化的特性(Kusaba et al.,2013)。持绿性变异因其显著的特征而被相继发现并引起广泛研究。孟德尔在遗传定律中所使用的绿色豌豆，便是最早发现的植物持绿性变异材料。随后利用理化诱变又创制出多份持绿性变异材料。

随着越来越多持绿突变体的发现，植物持绿性变异的分子机制探究也越来越深入。植物持绿机理的研究主要围绕叶片衰老期的光合生理、酶活性、激素、环境因子等方面。众多植物持绿性研究的报道中，归纳起来引起植株持绿的原因可以分成5种类型。一是叶绿素降解过程中的关键酶的破坏(Park et al.,2007；Sakuraba et al.,2012b)。二是持绿蛋白(SGR)的作用(Ren et al.,2007；Jiang et al.,2007)。三是编码叶绿体蛋白的基因突变(Wang et al.,2004；Keren et al.,2005；Zhang et al.,2009)。四是与植物衰老相关的转录因子NAC和WRKY家族成员的活性改变(Wang et al.,2004；Keren et al.,2005；Zhang etal.,2009)。五是植物激素的信号转导途径的改变(Grbic′and Bleecker 1995；Kim etal.,2006)。

大白菜(Brassica campestris ssp.pekinensis)是起源于我国的重要蔬菜作物，南北各地广泛栽培。在大白菜生产中，植株进入结球期后外叶往往就开始衰老变黄，影响叶球产量和品质。叶球采收后的贮运期间，球叶黄化也会造成大量损耗。持绿性不仅可以延缓植株衰老，还可以通过延长光合作用时间提高产量，还常伴随抗逆和抗病能力的提高(Borrell and Hammer,2000)。大白菜持绿突变基因的发掘，可以为持绿新品种的创制奠定基础。同时，多数蔬果(叶菜类、青花菜、嫩葱、芸豆、黄瓜、青椒、番茄及青提、猕猴桃、青枣、青苹果等)、烟叶、观赏植物、草坪草等都会存在衰老时极易失绿变黄，伴随叶绿素的降解，其品质也随之降低。对于这种情况，延缓叶绿素降解，使其保持更长久的绿色，能有效改善品质，有望从根本上延缓衰老，提升品质，解决采后损耗及货架等问题。

持绿突变体还是研究植物衰老进程、叶绿素代谢、光合电子传递、植物应对激素响应、抗逆性(抗旱，盐胁迫，耐高温等)等生理代谢过程的理想材料。持绿突变体的研究，不仅可以获得一些抗衰、高产、抗性新材料，还可以丰富作物抗逆基因资源，对于作物品种改良有重要意义。

发明内容