[发明专利]一种水稻叶绿体避光运动调控基因CRD1及其应用

说明书

本发明公开了一种水稻叶绿体避光运动调控基因CRD1及其应用，属于分子生物学技术领域。所述水稻叶绿体避光运动调控基因CRD1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。CRD1是水稻叶绿体正常避光反应所必需的，CRD1基因的突变引起叶绿体避光反应的丧失，利用本发明的蛋白和编码基因可以进一步阐释水稻叶绿体运动的分子机制。本发明还提供了所述水稻叶绿体避光运动调控基因CRD1在调控水稻叶绿体避光运动中的应用，如应用于作物遗传改良，对创制高光效育种具有重要意义。

技术领域

本发明涉及分子生物学技术领域，具体涉及一种水稻叶绿体避光运动调控基因CRD1及其应用。

背景技术

水稻(Oryza Sativa)作为一种重要的粮食作物，确保其高产量是解决我国以及世界许多其他国家粮食问题的关键，是我国可持续发展的坚强保障。植物普遍具有的向光性一直以来都是人们关注的热点，光作为地球上绝大部分生物能量的来源，对人类社会的农业生产有着无可比拟的作用。

位于植物叶肉细胞中的叶绿体，是植物进行光合作用的器官，对干物质积累有重要影响。植物为了获取合适的光合效率，自身有着一套精密的调控机制，在弱光的情况下，叶绿体垂直于入射光，平铺在细胞内进壁侧，使光合效率最大化；在强光的情况下，叶绿体平行于入射光，排布在细胞侧壁上，以减少强光直射造成的光伤害。叶绿体运动发生在叶肉细胞，持续时间短，是植物的自我保护反应，已经在多个物种中发现。

随着分子生物学和基因组学近年来的开展，越来越多的与植物叶绿体光运动有关的基因被发现，在模式植物拟南芥中，向光素AtPHOT1和AtPHOT2主要参与调控植物下胚轴的向光弯曲、叶绿体运动、气孔开闭以及叶片的伸展，都具有光氧电压结构域1(LOV1)和光氧电压结构域2(LOV1)，以及一个Ser/Thr蛋白激酶区域。LOV2是参与叶绿体正常避光反应的结构域，据文献报道，PHOT2LOV2拟南芥突变体具有正常的趋光反应，但叶绿体运动不同于正常野生型。大量的下游信号因子随之被一一发现，包括WEB1、PMI2、JAC1等等，这些基因一旦突变，植株在叶绿体趋光或避光运动就会出现问题，同时还有向光素互作蛋白NRL，其与RPT2冗余地调控叶绿体的趋光运动。

在整个叶绿体运动信号传导过程中，其存在的机制尚不明确，叶绿体的运动关键在于叶绿体肌动蛋白丝，有研究指出，cp-actin本身的聚合反应产生的拉力使叶绿体运动。CHUP1是参与其聚合的重要蛋白，在强光的情况下，CHUP1通过N端结合到叶绿体的外膜，聚合F-actin，THRUMIN1则作为连接F-actin和固定他们的锚点，从而牵引叶绿体运动，使用微丝抑制剂或者肌动蛋白聚合抑制剂可以阻止叶绿体的运动。

在强光下，叶绿体的避光运动是一种自我保护机制，如果抑制或停止该生理反应，长时间的强光照射会破坏叶绿体结构和活性，造成叶片死亡，极大地影响植株的生长繁殖。尽管拟南芥中已有众多基因被克隆，但对于作为粮食作物的水稻而言，研究甚少，因此发掘水稻叶绿体避光运动突变体，克隆其调控基因对揭示叶绿体避光运动信号传导机理以及水稻高产育种实践具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控叶绿体避光运动的基因及编码的蛋白，以及利用该基因调控植物叶绿体避光运动的应用，为揭示叶绿体避光运动信号传导机理以及水稻高产育种实践提供理论研究依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明通过对籼稻品种蜀恢527进行EMS诱变，进而分离得到了一个叶绿体避光运动缺陷突变体，该突变体在强光情况下丧失叶绿体避光反应，通过与野生型水稻的正交实验，证明该突变体受隐性单基因控制。运用图位克隆技术，首次克隆了CRD1(chloroplastrelocation defective 1)基因，该基因位于水稻第七号染色体长臂末端74.3Kb的物理范围内，通过对该区段进行测序，确定候选基因CRD1。在此基础上，综合利用了遗传学、分子生物学、生物化学等手段，深入研究了CRD1基因的生物学功能及其调控水稻叶绿体避光运动的分子基础。