[发明专利]水稻基因OsLOL3在延缓植物叶片衰老和提高植物耐旱性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程和水稻分子育种技术领域，尤其涉及一种水稻基因OsLOL3在延缓植物叶片衰老和提高植物耐早性中的应用。

背景技术

叶片衰老是植物适应环境的一种表现，是生长发育的必经阶段，衰老过程中通常伴随碳水化合物的重组及向嫩叶或种子的转运相关物质，对后代的繁衍意义重大(Nam H G.The molecular genetic analysis of leaf senescence.Curr Opin Biotechnol，1997，8：200-207)。然而，水稻生长发育进程中尤其是灌浆抽穗期功能叶的过早衰老，将导致结实率低、空秕率较高及品质变差等后果。研究表明水稻灌浆抽穗期功能叶每推迟1天衰老，理论上可增产2％左右，实际能增产1％左右(刘道宏.植物叶片的衰老.植物生理学通讯，1993，2：14-19；马跃芳和陆定志.灌水方式对杂交水稻衰老及生育后期一些生理活性的影响，中国水稻科学，1990，2：56-6)，而且还能改善稻米品质(Thomas H and Smart CM.Crops that stay green.Ann Appl Biol，1993，123：193-219)。杂交水稻具有根系发达、分蘖力强、叶面积大、穗大粒多和高产优质等特点，已在我国大面积使用，为保证我国粮食安全作出了重要贡献，然而部分杂交水稻尤其是杂交籼稻(如两优培九)的后期较易早衰是一种常见现象，这将导致其后期干物质生产速率迅速下降，进而影响籽粒灌浆进程，最终影响产量潜力发挥。近年来，尽管科学家通过传统和现代育种手段努力解决此问题并已取得显著成绩，但杂交籼稻的叶片早衰问题依旧是水稻遗传育种工作者亟需解决的重要问题。

关于衰老的成因，几十年来国内外从叶片的形态结构及分子生理特性等角度进行了大量研究，提出了自由基损伤说、基因调控说、光碳失衡说、营养胁迫说和激素平衡说等理论假说(魏道智，带新宾，许晓明.植物叶片衰老机理的几种假说.广西植物，1998，18：89-96；Brutovska E，Samelova A，Dusicka J and Micieta K.Ageing of trees：Application ofgeneral ageing theories.Ageing Research Reviews，2013，12：855-866)。尽管这些假说都在一定程度上对叶片的衰老启动、衰老进程做了比较合理的解释，但距真正解决衰老的机理问题.还需要进行更多深入细致的研究。究其原因，是因为每一种假说都片面强调引起叶片衰老的部分因素，其中基因调控说强调基因在生长发育中的次序、阶段式表达的重要；光碳失衡说重在光能的传递、利用与活性氧伤害；营养胁迫说重在源库之间的供需平衡；激素平衡说注重的是地下地上的相互关系及不同激素间的平衡。然而叶片衰老不是由简单的因素所能决定的，衰老进程中衰老细胞在结构上、生理生化变化上以及分子水平上都发生了显著变化，是一个涉及离子、激素及基因等众多因素共同调控的复杂系统过程。

现已基本明确，脱落酸、水杨酸和茉莉酸等是促进植物叶片衰老的重要激素；而Ca²⁺、K⁺和N则被认为是与诸如水稻和棉花等农作物叶片衰老息息相关的矿质营养元素；Liu等(Liu L，Zhou Y，Zhou G，Ye R，Zhao L，Li X，Lin Y，Identification of early senescence-associated genes in rice flag leaves.Plant Mol Biol，2008，67：37-55)利用两优培九的剑叶为材料，借助抑制差减杂交法鉴定获得533个衰老相关的差异表达基因，其功能涉及大分子物质代谢、调控蛋白质合成、能量代谢、调节基因、解毒、病原性和逆境、细胞骨架构成和花发育等。Wu等(Wu X Y，Kuai B K，Jia J Z，Jing H C.Regulation of leaf senescence and crop genetic improvement.J Integr Plant Biol，2012，54：936-952)根据基因功能将叶片衰老相关基因分成7类，包括转录因子、蛋白酶或激酶基因、参与代谢加工降解的基因、物质转运相关基因、参与催化作用的基因、结合蛋白基因以及生物合成相关基因。