[发明专利]水稻黄嘌呤脱氢酶基因及其延缓叶片衰老基因工程应用

说明书

技术领域

本发明一个新的水稻黄嘌呤脱氢酶基因OsXDH及其过度表达能延缓水稻衰老，属于基因工程领域，具体地讲涉及水稻黄嘌呤与次黄嘌呤降解和延缓水稻衰老的基因。

技术背景

叶片衰老是植物发育过程中必然需要经历的生命现象，但在农业生产中，叶片过早衰老，常使植株整体光合作用水平下降，光合产物减少，造成作物产量低、品质差。近些年来育成的一些超级稻品种，其生育后期受逆境胁迫，如极端温度，干旱，养分匮乏等，功能叶片常发生早衰，导致结实率低，空秕率高，严重影响了超级稻产量潜力的发挥。据理论上推算，如果功能叶片推迟衰老1天，可使水稻增产2%左右。黄嘌呤脱氢酶（Xanthinedehydrogenase,XDH)是一种含钼酶，在嘌呤代谢过程中起重要作用，催化黄嘌呤(Xanthine)与次黄嘌呤(Hypoxanthine)生成尿酸。逆境胁迫下，为增强对环境的适应能力，植物通常加速体内资源的循环利用，在这过程中，嘌呤代谢中XDH催化产生的中间产物：酰脲类物质Ureides【包括尿囊素（allantoin）和尿囊酸（allantoate）】的循环再利用起重要作用，因为Ureides具有较高的N/C比，作为N素在植物体内转运，可减少碳水化合物的能量消耗。在正常情况下，植物可以靠本身的活性氧（ReactiveOxygenSpecies，ROS）消除系统(酶系统和还原性物质)清除体内的自由基，但在植物进入衰老时期，体内活性氧消除系统的活性下降使植物自由基的“产生一消除”平衡受到破坏，造成对细胞及组织的损害，加速叶片衰老。由于XDH催化产生的中间产物Ureides是一种有效的活性氧清除剂，所以通过增强植物体内XDH活性，增加生理浓度的Ureides含量，能有效地减少自由基对蛋白质、膜脂质以及DNA的损伤。

本发明从OsXDH基因的克隆、过度表达能延缓水稻叶片在逆境胁迫下早衰，提出利用OsXDH基因进行生育后期延缓衰老的水稻育种的改良方法。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于公开一个新的水稻黄嘌呤脱氢酶基因OsXDH基因及其编码的蛋白质，所编码的蛋白质具有催化黄嘌呤和次黄嘌呤生成尿酸的功能。该基因的过度表达能延缓水稻衰老，可用于超级稻育种。

技术方案

一种水稻黄嘌呤脱氢酶基因OsXDH,它来自水稻(OryzasativaL.)，长度为4485bp，相应编码叶绿素合成酶的1369个氨基酸，全序列见SEQIDNO.1。

上述一种水稻黄嘌呤脱氢酶基因编码的蛋白质，它来自水稻(OryzasativaL.),命名为OsXDH蛋白质，其氨基酸序列为SEQIDNO.2。用转基因的方法或通过高代回交的方法将该基因过表达转移到超级稻骨干亲本材料中，逆境胁迫下具有延缓衰老的功能，用于水稻超级稻育种。

有益效果

1、本发明公开了一种水稻黄嘌呤脱氢酶基因（OsXDH基因）及其所编码的蛋白质。该基因来自水稻（OryzasativaL.），其在水稻中过度表达，可延缓叶片衰老。

2、本发明人提供的OsXDH基因功能是参与植物黄嘌呤和次黄嘌呤分解生成尿酸反应，mRNA表达分析表明OsXDH基因在水稻中组成性表达。

3、本发明的OsXDH基因来自水稻，其与高等植物蓖麻、拟南芥等具有较高的同源性。与蓖麻XDH序列相似性为71.39%，与拟南芥XDH序列相似性为68.59%，与动物序列相似性为45-50%，和微生物序列相似性约为30%。

4、利用本发明OsXDH基因作为目的基因构建植物过表达载体，其转化可使Kitaake和日本晴水稻品种逆境胁迫下延缓衰老，这一功能可用于转基因稻育种。

具体实施方式

实施例1

水稻黄嘌呤脱氢酶基因的分子克隆

从DNA公共数据库收集已鉴定的模式植物拟南芥的XDH基因序列，搜索GenBank(http://www.ncbi.nim.nih.gov.blast/)数据库，结果发现水稻仅3号染色体上有一相似性较高的转录本，编号为OSJNBa0091B22.11，在全长编码序列两端设计引物，用水稻总RNA反转录制备的cDNA第一链作为通用序列模板进行PCR扩增并测序。