[发明专利]水稻OsPPR035的基因及其编码蛋白与应用

说明书

本发明提供了一种从水稻DNA中分离克隆的与水稻抗逆相关的OsPPR035基因。该基因编码的蛋白含有PPR(pentatricopeptide repeat)家族保守的结构域，参与线粒体基因的RNA编辑。OsPPR035基因表达响应渗透胁迫与盐胁迫下调表达。OsPPR035的敲除突变体降低了线粒体基因rps4‑406和orfX‑926这两个位点的RNA编辑效率，增强水稻植株的脯氨酸含量，可以提高水稻的抗旱性与耐盐性。本发明的水稻OsPPR035基因对逆境胁迫产生明显响应，其敲除突变体具有可通过渗透调节机制增强水稻的抗旱性与耐盐性，可应用于改良栽培稻的抗逆能力，培育节水抗旱稻。

技术领域

本发明属于基因工程领域，涉及一种与水稻生产及抗逆性相关的基因，具体涉及一种新的与水稻苗期耐旱性与耐盐性相关的基因OsPPR035及其应用。

背景技术

水稻是我国乃至全世界最重要的粮食作物，为全球超过50％的人口提供粮食。但水稻需水量大，对干旱敏感，干旱缺水严重影响了水稻的生长、发育和生产，导致水稻减产甚至绝收。利用现代生物学技术研究作物抗旱的生理、生化反应及其遗传学机制，克隆重要的抗旱基因，进而通过传统育种方式或现代生物技术转入到作物中改良其抗旱性，培育抗旱水稻新品种，是在全球日益严峻的干旱缺水问题下保障水稻生产、缓解粮食安全问题的有效途径。

植物在长期的进化过程中演化出一系列的适应机制来应对干旱胁迫。植物在遭遇干旱或渗透胁迫时，会调动体内的渗透调节机制，通过增加细胞内的渗透调节物质，如脯氨酸、可溶性糖等，提高植物细胞的渗透势，从而保护细胞在干旱条件下失水，是一种重要的避旱性机制。同时渗透调节机制也在植物耐盐中发挥重要作用。

线粒体是植物细胞内最重要的能量代谢场所之一，也是细胞内最重要的ROS代谢场所，所以它既能影响到植物正常的生长发育与繁殖(作物产量)，同时又通过逆行信号，调控植物逆境响应。因此，线粒体在作物生产与抗逆中均发挥着重要作用。

线粒体的成熟与行使正常功能很大程度上依赖于线粒体基因转录后的RNA编辑。RNA编辑是指在基因转录产生的mRNA分子水平上发生的碱基变化，包括核苷酸的插入、缺失和置换等不同方式，导致其翻译产生的蛋白质氨基酸组成也发生变化的现象。在高等植物中，线粒体基因的RNA编辑主要以C-U的变化为主。目前已在水稻线粒体上发现了491个编辑位点，涉及几乎所有重要蛋白编码基因。

线粒体基因的RNA编辑通常需要核编码的PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白的参与。PPR蛋白是一个保守的蛋白家族，具有35个简并氨基酸作为重复单元串联排列组成的蛋白。它是一种RNA结合蛋白，由核基因编码，转录后进入线粒体参与线粒体基因转录后的编辑、剪接。目前，已在水稻基因组中鉴定出491个编码PPR蛋白的基因。这些PPR基因中，分别有下75个和73个在盐胁迫和干旱胁迫下表达上调，说明水稻中的PPR蛋白可能参与逆境胁迫。

PPR蛋白介导的线粒体基因的RNA编辑在植物生长发育和环境适应中的发挥着重要作用。目前，针对植物线粒体RNA编辑相关的PPR基因功能机制的研究主要集中在拟南芥、玉米和水稻中，分别由43个、10个与4个。这些PPR基因大多数都与植物的生长和发育相关；被证实与植物抗逆相关的PPR基因仅有7个，包括5个拟南芥PPR基因与2个水稻PPR基因。其中，水稻PPR基因Rf5，它能够抑制ORFH79蛋白的积累，改善根系统的发育，对干旱和盐胁迫的耐受性也有所增加，抵御一定的逆境胁迫。另外，水稻PPR基因WSL的功能缺失突变体对ABA、盐表现出超敏反应。

本发明中的OsPPR035基因，克隆自水稻第1号染色体，响应ABA、渗透胁迫与双氧水处理。利用的CRISPR-Cas9技术创制的OsPPR035功能缺失突变体细胞脯氨酸含量升高，且抵抗渗透胁迫与盐胁迫的能力显著增强。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种用于水稻OsPPR035的基因，并寻求其在抗逆性中的应用。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：