[发明专利]水稻低光响应基因RLL1及其突变体与应用

说明书

本发明公开了一种水稻低光响应基因RLL1及其突变体与应用。本发明首次发现了水稻基因RLL1具有在低光强条件（200μmol·m^‑2·s^‑1）下调控植物的株高和光合效率的生物学功能。通过构建水稻叶绿体突变体库，筛选到一种田间表型为株高增长的突变体，并将其命名为rll1‑1、rll1‑2或rll1‑3。进一步分析发现，突变体植株特异的响应低光强环境，从而调节光合效率和水稻株型。本发明旨在塑造水稻理想株型，提高植株的光合效率进而为增加农作物的产量潜力提供重要的基因资源及理论依据。

技术领域

本发明涉及植物基因工程和分子育种领域，具体地说，涉及水稻低光响应基因RLL1及其突变体与应用。

背景技术

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。水稻植株的高度是水稻重要的农艺性状，直接影响作物的产量。虽然矮化表型有利于水稻抗倒伏，但如果植株太矮，则会导致生长不足，最终影响水稻的产量潜力。因此，在没有倒伏的情况下，增加植物高度可以增加产量潜力。第二次绿色革命和超级稻的繁殖是基于适当的植物高度。所以，探索和鉴定影响植物高度的基因并将其应用于作物育种具有重要意义。

太阳能是地球生物能够利用的最重要的能源。绿色植物、藻类和光合微生物吸收太阳能进行光合作用所制造的有机物是地球上生命活动产生的物质基础；放氧光合作用还维持着地球的碳氧平衡。因此光合作用是整个生物圈物质循环和能量流动的关键一环。植物在整个生长发育过程中都受到光照的影响。当光强超过叶绿体的光合能力，则可能发生氧化应激和破坏性损害。相反，光强较弱则会使得植物可利用的有效光合辐射减少，从而影响光合作用。但是，太阳光的强度在一年四季，昼夜更替中总是瞬息万变的，植物因其自身的固着性只能依靠调节自身的形态来适应这种环境的变化，将环境的影响减小到最低，(Chloroplasts Modulate Elongation Responses to Canopy Shade by RetrogradePathways Involving HY5 and Abscisic Acid.[J].Plant Cell Advance Publication,2019)。因此，研究光照强度对植物高度的影响，挖掘不同光照强度下调节植物高度的基因，建立植物高度调节基因信号网络对我们作物育种有重大的指导意义。

模式植物拟南芥是喜阴植物，因此已报道的与光照强度相关的基因多数是响应高光强或者变化光强的叶绿体功能基因，如PSB27，LQY1，HHL1等(PSB27:A thylakoidprotein enabling Arabidopsis to adapt to changing light intensity.[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States ofAmerica.2015,Vol.112:1613-1618.HYPERSENSITIVE TO HIGH LIGHT1 Interacts withLOW QUANTUM YIELD OF PHOTOSYSTEM II1 and Functions in Protection ofPhotosystem II from Photodamage in Arabidopsis.[J].The Plant Cell,2014,Vol.26:1213–1229)。这些功能基因多数是参与到光合系统的组装和修复循环当中。而与低光强(光合有效辐射以及红光与远红光比值(R:FR)降低])相关的基因缺失或丧失功能后，多数表现为在苗期下胚轴伸长的表型(Multiple Pathways in the Control of theShade Avoidance Response.[J].Plants,2018,7,102)。可见，为了应对不同光环境，拟南芥有截然不同的适应机制。和拟南芥生长环境不同，水稻是一种喜阳、喜湿的农作物。目前，对水稻这种大田作物对光环境的适应机制的研究非常有限，对光强的响应机制是否保守也未见报道。

发明内容