[发明专利]一种水稻天门冬氨酰-RNA合成酶基因mYLC3及应用

说明书

本发明公开了一种水稻天门冬氨酰‑RNA合成酶基因mYLC3及应用，本发明首次通过图位克隆的方法克隆了水稻黄叶基因mYLC3。ylc3单碱基突变型(mYLC3)具有调控植物光合色素合成，提高叶片游离氨基酸天门冬酰胺的生物学功能。YLC3蛋白的聚类分析，亚细胞定位，mYLC3转基因互补和基因编辑实验在水稻中验证了该基因的功能。通过基因编辑表达载体转化水稻日本晴，转基因植株具有低温(19度)生长条件下叶片为黄叶，高温条件下恢复为绿色叶片的表型，叶片中游离氨基酸天门冬酰胺含量增加。通过基因编辑的方法，已经成功在日本晴品种中实现提高叶片中游离氨基酸天门冬酰胺的含量，为提高水稻氮利用效率育种，提供了新的基因资源。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，特别涉及一种水稻天门冬氨酰-RNA合成酶基因mYLC3及应用。

背景技术

水稻是最重要的粮食作物之一，养活世界半数以上的人口。氮是水稻生长和发育所需的最重要的大量元素，直接影响水稻的产量。水稻从根系吸收的无机氮主要有铵态氮和硝态氮。厌氧条件的稻田中以铵态氮为主，所以水稻更喜欢利用铵态氮(Yamaya andOaks 2004)。铵根离子主要是通过谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺-酮戊二酸转氨酶吸收，然后运输到地上部分。一部分谷氨酰胺能够被合成天门冬酰胺和其它氨基酸或含氮化合物。

氮从根转运到茎，最重要的运输形式是谷氨酰胺和天门冬酰胺。在植物的木质部和韧皮部的小泡中，储存最丰富的氨基酸是谷氨酰胺，其次是天门冬酰胺。天门冬酰胺是植物氮长距离运输的最重要的氨基酸之一，同时植物的木质部和韧皮部的小泡中可以大量储存天门冬酰胺。天门冬酰胺具有高的碳氮含量，比其它酰胺更稳定，更适合储藏和运输。此外，天门冬酰胺具有更好的可溶性和流动性。因此，天门冬酰胺不仅是从根到茎，氮供应的主要形式，同时能够从成熟的器官再次转移到正在生长的叶片和发育的种子(Lea et al.,2007；Oliveira et al.,2001)。

天门冬酰胺主要是由天门冬酰胺合成酶(asparagine synthetase)合成的。水稻中有两个天门冬酰胺合成酶，OsASN1和OsASN2。OsASN1和OsASN2具有不同的组织表达模式和对铵的响应。通过基因敲除的方法，发现主要是OsASN1负责水稻根部天门冬酰胺合成(Ohashi et al.,2015)。大豆中过表达拟南芥SYNC1(asparaginyl-tRNA synthetase)基因能够增加种子中游离氨基酸天门冬酰胺的含量和植株产量(Arifin,A,G et al 2019)。其次，天冬酰胺是以谷氨酰胺为底物合成的(Lea et al.2007)，谷氨酰胺合成酶基因的定位和表达同样影响天门冬酰胺的代谢。此外，氨酰-tRNA合成酶(AARS)是蛋白质合成的关键酶之一，将氨基酸和它们特异-tRNA连接，这也可能是生物界最早的蛋白质合成反应。植物蛋白质合成发生在细胞质，线粒体和叶绿体中，因此它们都有一套完整的氨酰-tRNA合成酶。植物氨酰-tRNA合成酶全部由核基因编码，在细胞质中翻译后，分别定位到细胞质、线粒体和叶绿体。天门冬氨酰-tRNA合成酶催化天门冬氨酸和特异的tRNA合成反应。如果天门冬氨酰-tRNA合成酶功能缺失，可能造成游离天门冬氨酸和非装载的tRNA的积累，影响氨基酸的代谢平衡。

综上所述天门冬酰胺对水稻生长发育十分关键，水稻中天门冬酰胺的合成、代谢、运输和再利用机制还不十分清楚，特别是如何提高水稻叶片中的天门冬氨酰的含量仍有待研究。

发明内容

本发明的目的在于上述技术的不足，而提供一种水稻天门冬氨酰-RNA合成酶基因mYLC3及应用，具体包含一个水稻突变型YLC3基因(简写为mYLC3)的克隆和功能分析，以及该基因在提高水稻叶片中游离天门冬酰胺含量中的应用。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种水稻天门冬氨酰-RNA合成酶基因mYLC3，所述的水稻天门冬氨酰-RNA合成酶基因mYLC3的核苷酸序列与SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列具有至少90％的同源性。