[发明专利]OsFGH5基因hap2型启动子在调控水稻叶片光化学效率中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及OsFGH5基因hap2型启动子在调控水稻光化学效率中的应用。包括在调控水稻光化学效率自然变异中的应用。通过对OsFGH5基因进行单倍型分析，显示该基因在启动子区域存在多态性，启动子区域的多态性会造成启动子活性差异，进而造成表达量差异。通过测定近等基因系的叶绿素荧光参数来研判该基因hap2型启动子的功能及在调控水稻光化学效率中的应用。OsFGH5基因所表达的蛋白定位于水稻叶绿体中,与叶绿体ATP合酶CF₁β亚基的II‑2区域相互作用，帮助β亚基与α亚基组装成α/β异源二聚体，参与CF₁亚复合体组装过程。该基因在调控水稻光化学效率中具有的重要育种价值。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及OsFGH5基因hap2型启动子在调控水稻光化学效率自然变异中的应用。本发明包括OsFGH5基因启动子多态性分析，近等基因系验证该基因hap2型启动子在调控水稻叶片高效的光化学效率的应用，以及OsFGH5作用机理的探究和突变体植株的构建，为水稻的遗传改良提供新的遗传资源的应用途径。

背景技术

植物的生长离不开能量的积累和消耗，在形成作物产量的干物质中，90％以上的有机物质都是通过光合作用同化合成的。由此可见，光合作用是植物一切生理活动的基础，植物的形态结构和生长发育都与光合作用紧密相关。同时，作为将光能转化为稳定化学能的最有效手段，光合作用也是维持生态平衡中最重要的环节。在自然条件下，大部分的农作物常处于光能过剩的情况，植物在强光下出现光抑制，会降低作物的光合能力，使光合机构失活的同时产生活性氧物质，阻碍植物生长。光能被植物吸收后一般有三个主要去向，即推动光合作用，转变为热能耗散，以荧光的形式释放。光合机构捕获光能并参与这三种能量释放途径是相互竞争相互调节的，其中一种途径的改变都会导致其它二者发生变化。因此，可以通过对叶绿素荧光的探测来探究植物的光化学效率和热耗散情况。

在前期结合高通量高光谱成像技术和全基因组关联分析中申请人发现了一个可能调控水稻叶绿素含量的基因OsFGH5(参见：An integrated hyperspectral imaging andgenome-wide association analysis platform provides spectral and geneticinsights into the natural variation in rice，2017，Scientific reports 7(1):4401)。分离克隆OsFGH5，分子和遗传实验表明该基因参与叶绿体ATP合酶的组装过程，近等基因系材料证实该基因启动子调控水稻叶片光化学效率。本发明进一步阐明了该基因作用本质，探究其在光保护和光合电子传递过程中的作用，将为优化光能分配、减轻植物光抑制程度，改善水稻的光合效率提供新的思路，也为水稻高光效育种提供重要育种价值。

发明内容

本发明的目的在于从水稻中分离克隆到OsFGH5基因，该基因定位于叶绿体内，参与叶绿体ATP合酶的组装调控。通过测定近等基因系材料的叶绿素荧光表型来探究该基因在自然群体中的变异程度以及hap2型启动子对水稻光化学效率产生的高效影响。通过分子生物学实验探究该基因作用的本质。同时在转基因试验中敲除该基因从而抑制了该基因的表达，进一步研判该基因在水稻植株内的功能表达。显示该基因hap2型启动子在调控水稻光化学效率中具有的重要育种价值。

本发明的具体方案如下所示

申请人分离克隆了一个控制水稻叶片光化学效率基因的完整编码区段DNA片段，将该基因命名为OsFGH5，它的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO:1所示，其在NCBI数据库中的登录号为NC_029264.1。

申请人在水稻种质资源中，根据该基因启动子区域、5’UTR和3’UTR的SNPs和InDels进行分析，在籼稻、粳稻和Aus稻中将OsFGH5共分为3种主要的单倍型，显示该基因在启动子区域存在多态性。启动子酶活试验和表达谱数据库表明OsFGH5基因启动子区域的多态性造成启动子活性差异及表达量差异。(见实施例1)。