[发明专利]一种控制低温下水稻叶片颜色的基因YWL1及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体地说，本发明涉及一种利用图位克隆技术克隆水稻YWL1基因，利用转基因实验鉴定该基因的功能，及其该基因在杂交育种和良种繁育中的应用。

背景技术

叶片是植物进行光合作用的主要器官，水稻籽粒中2/3以上的干物质是开花后通过光合作用获得的（王旭军，徐庆国，杨知建（2005）水稻叶片衰老生理的研究进展.中国农学通报21:187-190），光合作用的效率与叶绿体结构和功能是否完整、光合作用复合体的稳定性、叶绿素含量的高低都有着复杂的关系。近年来，叶色的应用价值备受关注，叶色变异可以作为标记性状，在水稻杂交育种和良种繁育发挥重要作用，不但可以用于苗期剔除受外源花粉污染的种子和假杂种，还可以用于测定种子纯度（章志兴，陈善福（2001）叶色标记技术在杂交水稻种子生产中的应用.种子科技19:33-34）。另外，叶色突变体的研究对有效利用基因工程提高水稻的光合能力，培育高光效水稻，增加水稻产量具有重要的理论意义和应用价值。

目前，利用水稻叶色突变体，已经克隆出多个参与或调控叶绿素代谢和叶绿体发育的基因，通过分析基因功能、表达模式、基因间互作以及核-质信号传导，初步了解了水稻叶色形成及调控机理。目前为止，在拟南芥叶绿素合成过程中的关键酶都已鉴定出来（Nagata N(2005)Identification of a Viny Reductase Gene for Chlorophyll Synthesis in Arabidopsis thaliana and Implications for the Evolution of Prochlorococcus Species. The Plant Cell Online 17:233-240），但在水稻中只有少数基因被鉴定出来，其他基因还有待进一步发现。此外，叶绿素降解的调控机制尚未明朗，核-质互作的机理尚不清晰，有待深入进一步研究。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种从水稻温度敏感突变体中克隆新基因YWL1,该基因编码假尿嘧啶核苷合酶家族蛋白，调控低温下水稻叶片颜色的正常形成。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种调控叶绿体正常发育的基因YWL1，该基因基因显性等位基因序列如SEQ ID NO.1所示,其CDS序列如SEQ ID NO.2所示，其编码的的蛋白质为一个假尿嘧啶核苷合酶蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID NO.3所示。

所述YWL1突变体含有其突变基因，其基因序列如SEQ ID NO.4所示，其CDS序列如SEQ ID NO.5所示，编码氨基酸序列如SEQ ID NO.6所示。

作为本发明的基因的改进：核苷酸序列还包括在SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入和缺失一个或多个核苷酸生成的突变体、等位基因和衍生物。

所述基因YWL1突变后，突变体在低温下水稻叶片颜色显示为白条纹状，高温或正常温度条件下为正常绿色，该突变体白条纹表型可以作为表型标记用于杂交育种和良种繁育，不但可以测定种子纯度，还可在苗期剔除假杂种。

本发明的具体实施步骤如下：

一、水稻白条纹叶突变体ywl1为温度敏感型突变体

在水稻品种93-11的EMS诱变的突变体库中，发现了一个苗期表现出白条纹叶的叶色突变体ywl1。温度处理发现该突变体叶色白条纹状对温度敏感，在23℃条件下，突变体苗期出现严重的白条纹叶，而在28℃环境下突变体与野生型叶色没有明显差异，在25℃环境下，相对野生型93-11突变体表现出轻微的白条纹叶性状(图1)。

二、不同温度环境下突变体ywl1叶片叶绿素含量、叶绿体发育和光合特性分析

为了明确ywl1叶色动态变化过程，我们分别测量了植株一叶期至五叶期叶片叶绿素含量（图2）。从测量结果可以看出，该突变体叶绿素含量随着植株的生长而逐渐增加。23℃条件下，野生型中叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量始终高于突变体；25℃条件下三叶期以前，野生型叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量高于突变体，三叶期以后二者叶绿素含量趋于一致；28℃条件下，二者叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量基本一致，与表型结果一致。