[发明专利]一种水稻肌醇多磷酸激酶基因OsIPK2及其编码的蛋白质的应用

说明书

本发明公开了一种水稻肌醇多磷酸激酶基因OsIPK2(Seq ID No：1、2)及其编码的蛋白质(Seq ID No：3)的应用。本发明采用图位克隆技术首次在水稻中克隆到肌醇多磷酸激酶基因OsIPK2并通过转基因互补实验鉴定了基因的功能；OsIPK2基因的克隆和应用，可有效调控水稻细胞程序性死亡进而调控早期叶片衰老；同时本发明有助于水稻细胞凋亡机理的阐明，并为水稻育种奠定扎实的理论基础。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，特别是涉及一种水稻肌醇多磷酸激酶基因OsIPK2及其编码的蛋白质的应用。

背景技术

衰老是植物生长发育过程中重要的生物学进程。植物中既有胁迫诱导的衰老，也存在与年龄相关的衰老。从幼苗到成熟期，叶片是光合作用的主要来源。在成熟后期，叶片经过长时间的光合作用，进入衰老期，叶片细胞发生有序的生理和代谢变化，例如叶绿素的降解，蛋白质、脂质和核酸的氧化和水解(Koyama T.The roles of ethylene andtranscription factors in the regulation of onset of leaf senescence.FrontPlant Sci,2014,5:650)。这些水解代谢物转移到多年生植物的新芽、茎和根中或者一年生植物的种子(Munne-Bosch S.Do perennials really senesce？Trends Plant Sci,2008,13:216-220)。在早期叶片衰老时，生殖器官的光合作用和同化物积累降低。该性状受遗传因素调控，并且常由环境胁迫引起，从而导致水稻产量的损失(Mao C,Lu S,Lv B,Zhang B,Shen J,He J,Luo L,Xi D,Chen X,Ming F.A rice NAC transcription factor promotesleaf senescence via ABA biosynthesis.Plant Physiol,2017,174:1747-1763)。因此，了解早期叶片衰老的机制，有利于水稻高产育种和生产实践。

早期衰老过程中最常见的生理变化包括叶绿素降解、活性氧(ROS)清除、碳氮失衡以及激素反应，这些涉及细胞、组织、器官和生物体水平的协同作用(Lim PO,Kim,HJ,NamHG.Leaf Senescence.Annual Review of Plant Biology,2007,58:115-136)。在过去的几十年，已经分离和鉴定了一系列与水稻叶片衰老相关的基因，包括转录因子、激素或胁迫反应受体、信号成分和代谢调节剂(Yamada Y,Furusawa S,Nagasaka S,Shimomura K,Yamaguchi S,Umehara M.Strigolactone signaling regulates rice leaf senescencein response to a phosphate deficiency.Planta,2014,240:399-408；Yang X,Gong P,Li K,Huang F,Cheng F,Pan G.A single cytosine deletion in the OsPLS1 geneencoding vacuolar-type H⁺-ATPase subunit A1 leads to premature leafsenescence and seed dormancy in rice.J Exp Bot,2016,67:2761-2176；Zhao Y,ChanZ,Gao J,Xing L,Cao M,Yu C,Hu Y,You J,Shi H,Zhu Y,Gong Y,Mu Z,Wang H,Deng X,Wang P,Bressan RA,Zhu JK.ABA receptor PYL9 promotes drought resistance andleaf senescence.Proc Natl Acad Sci USA,2106,113:1949-1954；Deng L,Qin P,Liu Z,Wang G,Chen W,Tong J,Xiao L,Tu B,Sun Y,Yan W,He H,Tan J,Chen X,Wang Y,Li S,MaB.Characterization and fine-mapping of a novel premature leaf senescencemutant yellow leaf and dwarf 1 in rice.Plant Physiol Biochem,2016,111:50-58；Ke S,Liu S,Luan X,Xie XM,Hsieh TF,Zhang XQ.Mutation in a putativeglycosyltransferase-like gene causes programmed cell death and early leafsenescence in rice.Rice.2019,12:7)。叶片衰老与生长发育调控因子有关，水稻的早期叶片衰老突变体往往表现出生长发育的缺陷。例如，水稻早衰突变体LTS1的植株矮化和叶尖枯萎(Wu L,Ren D,Hu S,Li G,Dong G,Jiang L,Hu X,Ye W,Cui Y,Zhu L,Hu J,ZhangG,Gao Z,Zeng D,Qian Q,Guo L.Down-regulation of a nicotinatephosphorribosyltransferase gene,OsNaPRT1,leads to withered leaf tips.PlantPhysiol,2016,171:1085-1098)；早期衰老的leaf1突变体也表现出矮化表型(Leng Y,YangY,Ren D,Huang L,Dai L,Wang Y,Chen L,Tu Z,Gao Y,Li X,Zhu L,Hu J,Zhang G,Gao Z,Guo L,Kong Z,Lin Y,Qian Q,Zeng D.A rice PECTATELYASE-LIKE gene is requiredfor plant growth and leaf senescence.Plant Physiol,2017,174:1151-1166)；叶片早衰突变体pls3则显示半矮表型，与野生型相比抽穗期提前(Hong Y,Zhang Y,Sinumporn S,Yu N,Zhan X,Shen X,Chen D,Yu P,Wu W,Liu Q,Cao Z,Zhao C,Cheng S,CaoL.Premature leaf senescence 3,encoding a methyltransferase,is required formelatonin biosynthesis in rice.Plant J,2018,95:887-891)；叶片早衰突变体psl85除了叶片早衰，也呈现矮化表型(He Y,Zhang Z,Li L,Tang S,Wu JL.Genetic and physio-biochemical characterization of a novel premature senescence leaf mutant inrice.Int J Mol Sci,2018,19:1-38)。虽然至今已克隆了许多与水稻叶片衰老相关的基因，但调控早期叶片衰老的分子机制仍有待深入研究。