[发明专利]一种水稻光调控基因PSB27的应用

说明书

本发明提供了一种水稻光调控基因PSB27的应用，将所述水稻光调控基因PSB27应用于调控目的植物的生长发育和光合作用，所述水稻光调控基因PSB27核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。本发明对通过转基因技术提高植物光合作用效率以培育高产品种以及在自然光生长条件下改良农作物农艺性状，增加农作物产量方面有着重要的意义，具有广阔的应用空间以及市场前景。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种水稻光调控基因PSB27的应用。

背景技术

植物在生长发育过程中会受到光照、温度、水分、矿质元素等各种外界非生物胁迫的影响，近年来随着环境恶化程度日趋严重、自然灾害和极端天气频发，植物的生长发育以及作物的产量都会受到较大的影响。光源是植物光合作用的唯一能量来源，环境中的温度以及光照强度可直接影响植物的光合作用效率。因此，研究光照、温度对植物体的生长发育，提高光合作用效率，增加粮食产量等方面有着重要的意义。

太阳能是地球上一切生命物质的能量来源。作为半自主型细胞器的叶绿体，是绿色植物最重要的能量转换工厂，能够利用太阳能将二氧化碳和水转化成化学能进而以有机物的形式储存能量，并且释放出氧气。在结构上，叶绿体从外向内分为：叶绿体双层膜、基质、类囊体膜和类囊体腔。进行光合作用的4种主要复合体—光系统II、细胞色素复合体、光系统I、ATP合酶复合体都定位在类囊体膜上。类囊体是光反应进行的场所，包括原初反应及电子传递链。光合放氧作用由光系统I(Photosystem I,PSI)和光系统II(Photosystem II,PSII)驱动，氧化H₂O分子进入到电子传递链，最终将NADP⁺还原成为NADPH。同时，ATP合酶利用光合作用产生的跨膜电位将ADP磷酸化为ATP。由于ATP合酶的催化基团伸向基质，因此暗反应碳同化过程是在基质中完成的。NADPH和ATP等存储能量的高能磷酸化合物最终产生的有机物可供几乎地球上所有生命活动使用。

光是植物光合作用唯一的能源，同时也是植物生长发育过程中重要的环境因素，因此植物对光的响应十分重要。光对植物的影响包括光强和光质两个方面。光照强度是植物生长的重要因素，当光照强度超过光合作用所能够利用的最大光强时会发生光抑制现象，严重时导致光破坏，甚至造成植株死亡。研究表明植物在低光条件下生长比在高光条件下更容易发生光抑制现象。低光胁迫影响着水稻生长的各个方面，包括植株高度、分蘖数、根的生长、气孔调节，叶绿体发育以及干物质的积累、分配，最终影响水稻的产量和品质。

PSII在不同的光照强度下都容易受损，因此植物体内存在着周而复始的PSII复合物重建的过程。LHCII是类囊体上补光天线叶绿体a/b结合蛋白，是类囊体上含量最高的蛋白。LHCII蛋白的含量会随着光照条件的变化而发生变化。在强光照条件下，PSII反应中心数量多于PSI反应中心数目，而在弱光条件下天线复合体的含量会下降，与此同时叶绿素a/b的比率会发生明显的改变。光合电子传递链分为线性电子传递链和环式电子传递连，二者在一定条件下可以相互交换，这称之为状态转换。光合状态转换的机制为当光强低时，光系统Ⅱ与捕光色素复合体结合形成超级复合体，以接收更多的光。当光强过高时，形成的超级复合体解离开从而避免高光造成的损伤。该反应发生在数分钟之内，称之为短周期调控。

越来越多的研究试图揭示植物是如何避免、减少或者修复光损伤，但是目前的研究大都是在温室等可控的条件下进行。对于在自然环境中植物是如何调控光合能量转换的研究还知之甚少。水稻OsSTN8主要负责PSII核心蛋白磷酸化。STN7是负责对LHCII蛋白调控的激酶并且LHCII是STN7的直接靶标底物。变光条件下PGR5介导的环式电子传递在环式电子流(CEF)中处于主导地位。