[发明专利]组蛋白去乙酰化酶基因调控水稻种子淀粉发育的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及与调控水稻种子淀粉发育相关的组蛋白去乙酰化酶基因OsSRT1的功能验证及应用。

背景技术

水稻在我国粮食生产中占有着很重要的地位。胚乳占精米的90%以上，是水稻直接被食用的部分，胚乳的发育直接影响着水稻的产量和品质。所以研究与水稻胚乳发育相关的基因在实际生产上有很重要的意义。

目前的研究发现水稻淀粉合成的主要场所是淀粉体和叶绿体，光合作用提供其合成原料。水稻籽粒中淀粉的生物合成是一个非常复杂的生物化学过程。叶片光合作用后的产物首先以蔗糖的形式运输到淀粉合成的主要器官胚乳细胞，转化为1-磷酸葡萄糖（G-1-P）后进入造粉体体内，分别在ADP-葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶、淀粉脱支酶的作用下形成直链淀粉和支链淀粉（Progress in Key Enzymes of Starch Synthesis in Rice.Chinese Agricultural Science Bulletin,2009）。ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）是淀粉合成途径中很重要的酶，超表达或者反义抑制此酶会分别使淀粉的含量增加或者减少（One of two different ADP-glucose Pyrophosphorylase Genes from Potato responds strongly to elevated levels of sucrose.Molecular Genetic Genet,1990）。水稻中含有两个编码AGPase大亚基的基因和4个编码AGPase小亚基基因，这些基因在淀粉合成的不同时期发挥着作用。淀粉合成酶分为两种，分别是游离于造粉体基质中的可溶性淀粉合成酶（SSS）和与淀粉结合存在的结合态淀粉合成酶（GBSS）。水稻中总共有5种淀粉合成酶，分别是GBSS、SSSⅠ、SSSⅡ、SSSⅢ和SSSⅣ。研究发现结合态的淀粉合成酶主要负责直链淀粉的合成。例如，Wx基因编码的GBSSⅠ是调控直链淀粉合成的关键（水稻蜡质基因分子特性的研究.植物生理学报,1991）。除此之外，淀粉分支酶和脱支酶也会影响淀粉的发育（Progress in Key Enzymes of Starch Synthesis in Rice.Chinese Agricultural Science Bulletin,2009）。总之，淀粉的合成过程受到多种酶的调控。

水稻去乙酰化酶基因OsSRT1被抑制的植株会出现假病斑，超表达此基因的植株对百草枯的抗性增强，说明此基因具有抵抗氧化胁迫的功能（Down-Regulation of a SILENT INFORMATION REGULATOR2-Related Histone Deacetylase Gene,OsSRT1,Induces DNA Fragmentation and Cell Death in Rice.Plant Physiology,2007），目前此基因对水稻种子中淀粉发育的影响还未有报道。

本研究发现组蛋白H3K9去乙酰化酶基因OsSRT1被抑制后，转基因植株育性降低，种子淀粉含量减少。进一步观察发现，育性降低的原因是在受精后第3天种子停止发育，并且逐渐枯萎。细胞学观察发现受精后第二天，发育中的种子胚乳中的淀粉含量显著降低。Realtime-PCR检测淀粉合成基因的表达发现，在抑制植株中这些基因的表达明显受到了抑制。以上结果表明OsSRT1通过影响组蛋白H3K9乙酰化修饰来调控种子淀粉的发育。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，通过对水稻组蛋白去乙酰化酶基因OsSRT1抑制植株种子淀粉发育过程进行观察与分析以及相关分子机理的研究，确定该基因在水稻种子淀粉发育过程中的功能，为水稻产量和品质改良提供遗传资源。

本发明通过以下技术方案实现：