CN111705078B - Csl1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用。本发明从水稻T‑DNA突变体库中分离得到一个黄化苗期致死水稻突变体,其通过T‑DNA插入的方式插入到CSL1基因的第七内含子内,在T‑DNA插入位置有109bp序列删除,该csl1突变体的叶绿素含量下降,叶肉细胞中出现单层或多层的自噬体,叶绿体内淀粉粒增多,类囊体结构紊乱,叶绿体相关基因表达量改变,同时,本发明还通过基因敲除的方式构建敲除植株(CSL1基因的第5外显子的第46位缺失1个碱基A,或第47位缺失1个碱基A以及第48位的碱基A替换为碱基T),该敲除植株与csl1突变体具有相同的表型,说明CSL1基因参与调控水稻叶绿体发育。

Description

CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用
技术领域
本发明属于水稻基因工程领域,特别涉及CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用。
背景技术
叶绿体是水稻进行光合作用的场所,利用光能将空气中的二氧化碳同化成有机物,以维持生长发育,最后形成产量。定位在叶绿体的蛋白超过2000个,除了其中300~400个由叶绿体自身编码以外,其他均由细胞核编码,因此,叶绿体的生长发育涉及复杂的基因调控网络。通过调控叶绿体发育,改善光合作用,从而提高作物产量,是遗传育种的一个重要课题。
水稻作为世界重要的粮食作物以及单子叶模式植物,对其叶绿体发育调控已有大量研究。尤其是PPR家族蛋白,如YSA(Su et al.2012)、ALS3(Lin et al.2015)、TCD10(Wuet al.2016)、OsPPR6(Tang et al.2017)等被先后发现对叶绿体发育非常重要。由于叶绿体的发育异常一般会引起叶片颜色异常,比较容易观察,越来越多其他家族基因也被发现。AL1基因编码octotricopeptide重复蛋白,其功能缺失引起水稻整株白化(Liu etal.2016)。同样有白化表型的还有AL2,编码叶绿体IIA型内含子剪接促进因子,类囊体数量和结构的改变引起突变体植株变白,幼苗在发育早期死亡(Zhang et al.2016)。OsYLC2编码血红素加氧酶,突变体表现为叶绿体结构缺陷(Li et al.2014)。GARS催化嘌呤核酸的生物合成,参与叶绿体发育(Cao et al.2018)。此外,核编码聚合酶(Nucleus-encodedpolymeraseand,NEP)和质体编码聚合酶(Plastid-encoded polymerase,PEP)是叶绿体基因转录所必须的,同样是叶绿体发育必不可少的。仍需挖掘更多的遗传分子及机制来阐明叶绿体发育调控网。
MAPK(Mitogen-activated protein kinase)级联是真核生物中高度保守的信号传导途径,参与将胞外信号或发育信号传递到靶分子。一个完整的MAPK级联包含MAPKKK→MAPKK→MAPK的顺序磷酸化激活。在水稻中MAPK级联主要参与稻枯病、稻瘟病、褐飞虱以及多种非生物胁迫的抗性。近年一些研究表明这一保守途径还与水稻植株发育。如OsMKKK10-OsMKK4-OsMPK6级联正调控水稻籽粒大小,该级联受到GSN1(GRAIN SIZE AND NUMBER1)的负调控(Guo et al.2018;Xu et al.2018)。目前尚不清楚MAPK级联是否参与水稻叶绿体发育。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种CSL1基因突变体。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用。
所述的CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用,为通过CSL1基因突变(构建CSL1基因突变体)的方式,降低水稻叶绿素的含量,以及改变叶绿体相关基因的表达量。
所述的基因突变通过如下任一种方式实现:
a、通过T-DNA插入的方式插入到CSL1基因的第七内含子内,在T-DNA插入位置有109bp序列删除,即CSL1基因的第七内含子的第298位至406位共缺失109个碱基;
b、CSL1基因的第5外显子的第46位缺失1个碱基A;
c、CSL1基因的第5外显子的第47位缺失1个碱基A,以及第5外显子的第48位的碱基A替换为碱基T。
所述的CSL1基因的第5外显子的全长序列如SEQ ID NO.2所示。
所述的叶绿素包括叶绿素a和/或叶绿素b。
所述的叶绿体相关基因包括HemA,OsCao,OsHAP3A,OsHAP3C,OsPPR1,YGL1,OsCAb1R,psaA,psaB,psbA,rps14,aptA,petA,rpoB,rps2,psaE,psaD,psbO,psbP,rbcS,Lhcb2基因等,叶绿体相关基因在CSL1基因突变体中下调(psbA除外)。
一种CSL1基因突变体,为如下任意一种:
(1)CSL1基因的第七内含子的第298位至406位缺失109个碱基,该基因缺失后的CSL1基因的第七内含子的序列如下所示(SEQ ID NO.1):
GTATGTCATACTTTGACTTTAAAGTTTATAGTTCTGTTAATGCTCTTTTTATGTGTTAGTCCCTGTTTGATTACAACATTAAATTTATGTCAATTCTCTTTTTATGTTCTTTATTGAGTAAAATtcaagaaactacaaatatttttagatgaatatcacaagtactacagatttaatacactgtatgggaaatctttagttttgtgttaaagctggcgctggatttgtagttttctgagattatgccttaaatctgtacttttgtgatatatttggtgctaaatctgtgtgcgtgtcAATCAATTATCACAGTAGTTTCACACACCACTTTGGAAAGATAAAAATGTGCAGCAAGTTTAACAAGTATCTATGGTTTTGAGAAATTTACTCATCTTTATTTGACTGTAAAATGAAGGGTAGGACCTTTAATTAATTCGATACTGAGATGTGTGAGCTGCCCATCCACTTTGGGATGCTTCTGTGACAGCATAAGGGAAATTTGTTGTTTTATTTCATTCCAATCCTAAATTATATGATAGGTATAACTATTGTAAATTGTAGTTGCTAACCAAAGATAACCTTGTGGCTGCAAAGTTCTGGTTAAATAGCACCTTCTTCTGACGGGCAGCCTTCCCTTTATTTCTTGTTCTCTGTGGGAACATAGCATTATTAGTCTATGAAATTATTTTGTGTTAAAATTTACTTTAATTCAACTAATGTTCTTTTTAACTTGCTTCGGTTGTAACTCAAGTTTATCTTAAGCACTCCACTTATGTTGATTTGGTATTTCCAG;
(2)CSL1基因的第5外显子的第46位缺失1个碱基A;
(3)CSL1基因的第5外显子的第47位缺失1个碱基A,以及第5外显子的第48位的碱基A替换为碱基T。
所述的CSL1基因的第5外显子的全长序列如SEQ ID NO.2所示。
含有所述的CSL1基因突变体的表达载体、重组微生物或转基因细胞系。
所述的微生物为农杆菌;优选为农杆菌EHA105。
所述的细胞为植物细胞;优选为水稻细胞。
所述的CSL1基因突变体在调控水稻叶绿体发育中的应用。
所述的调控水稻叶绿体发育为降低水稻叶绿素的含量和/或改变叶绿体相关基因的表达量。
所述的叶绿素包括叶绿素a和/或叶绿素b。
所述的叶绿体相关基因包括HemA,OsCao,OsHAP3A,OsHAP3C,OsPPR1,YGL1,OsCAb1R,psaA,psaB,psbA,rps14,aptA,petA,rpoB,rps2,psaE,psaD,psbO,psbP,rbcS,Lhcb2基因等,叶绿体相关基因在CSL1基因突变体中下调(psbA除外)。
所述的CSL1基因突变体在水稻改良育种或制种中的应用。
所述的CSL1基因突变体在制备转基因水稻中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)本发明从水稻T-DNA突变体库中分离得到一个黄化苗期致死水稻突变体,其插入基因是一个MAPKKK基因,该基因为CSL1(Chlorosis Seedling Lethality 1),而T-DNA插入破坏了MAPKKK(CSL1)。
(2)本发明还发现了csl1突变体,该突变体的叶绿素含量下降,叶肉细胞中出现单层或多层的自噬体,叶绿体内淀粉粒增多,类囊体结构紊乱,叶绿体相关基因表达量改变,说明CSL1的正常功能对叶绿体的发育很重要,通过基因敲除可以获得与突变体相同的表型。
(3)本发明通过该CSL1基因的发现与表达分析,为MAPK级联参与水稻叶绿体发育调控提供了研究材料。
附图说明
图1是T-DNA插入位置示意图。
图2是csl1突变体表型以及叶片、叶鞘中的叶绿素含量结果图;其中,A为csl1突变体表型;B为csl1突变体表型与野生型(WT)的表型对比;C为叶片以及叶鞘中的叶绿素含量。
图3是csl1突变体的透射电镜图。
图4是CSL1敲除植株及表型图;其中,A为CSL1敲除示意图;B为CSL1敲除植株的表型;C为敲除植株的叶绿素含量;D为敲除植株测序峰图。
图5是CSL1基因在野生型水稻根、茎、叶鞘、叶片、幼穗、成熟穗中的相对表达量统计结果图。
图6是csl1突变体叶绿体相关基因的表达情况图;其中,A为叶绿素合成基因的表达情况;B为质体编码RNA聚合酶基因的表达情况;C为核编码质体RNA聚合酶基因的表达情况;D为核编码叶绿体基因的表达情况。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。以下实施例定义了本发明,并描述了本发明在分离csl1T-DNA突变体,鉴定表型的方法。根据以下的描述和这些实施例,本领域技术人员可以确定本发明的基本特征,并且在不偏离本发明精神和范围的情况下,可以对本发明做出各种改变和修改,以使其适用不同的用途和条件。
除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法,通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。除非特别说明,本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
实施例1:T-DNA插入突变体的分离与鉴定
(1)从质粒pDsBar1300转化粳稻中花11的转化群体(由中国科学院上海生命科学院植物生理生态研究所提供)中分离得到一个黄化苗期致死水稻突变体,将其命名为csl1突变体。然后提取csl1突变体基因组DNA,用HindIII限制性内切酶酶切基因组DNA,随后以DNA连接酶环化酶切片段。再将上述环化后的DNA作为模板,利用T-DNA片段左边界引物H1和H2、以及右边界引物C1和C2作为巢式PCR引物,扩增得到csl1突变体的T-DNA侧翼序列。其中,涉及的序列如下:
C1:5’-TGGCGTAATAGCGAAGAGGCC-3’(SEQ ID NO.3);
C2:5’-AATGGCGAATGCTAGAGC-3’(SEQ ID NO.4);
H1:5’-AATAACAGAGTCTAGCACCTCG-3’(SEQ ID NO.5);
H2:5’-CTACCCAATCTTTTGTGC-3’(SEQ ID NO.6)。
csl1突变体的T-DNA侧翼序列如下(SEQ ID NO.7):
TGGGAAATCTTTAGTTTTGTGTTAAAGCTGGCGCTGGATTTGTAGTTTTCTGAGATTATGCCTTAAATCTGTACTTTTGTGATATATTTGGTGCTAAATCTGTGTGCGTGTCAATCAATTATCACAGTAGTTTCACACACCACTTTGGAAAGATAAAAATGTGCAGCAAGTTTAACAAGTATCTATG。
(2)通过引物对48800与5TF1,5TR2与49651扩增片段测序,验证T-DNA侧翼。结果表明:在T-DNA插入位置有109bp序列删除(SEQ ID NO.12)。根据序列比对,T-DNA插入位置在CSL1基因的第七内含子内(图1);其中,涉及的引物序列如下:
48800:5’-TCCTAATGTGGAGTGGGTATG-3’(SEQ ID NO.8);
5TF1:5’-TCGTCCGAGGGCAAAGAAATAGA-3’(SEQ ID NO.9);
5TR2:5’-CCAACAGTTGCGCAGCCTGAATG-3’(SEQ ID NO.10);
49651:5’-AGTTACAACCGAAGCAAGTTA-3’(SEQ ID NO.11)。
CSL1基因的第七内含子全长序列(SEQ ID NO.12)(下划线T-DNA插入位置,即csl1突变体中被删除的序列:第298位至406位):
GTATGTCATACTTTGACTTTAAAGTTTATAGTTCTGTTAATGCTCTTTTTATGTGTTAGTCCCTGTTTGATTACAACATTAAATTTATGTCAATTCTCTTTTTATGTTCTTTATTGAGTAAAATtcaagaaactacaaatatttttagatgaatatcacaagtactacagatttaatacactgtatgggaaatctttagttttgtgttaaagctggcgctggatttgtagttttctgagattatgccttaaatctgtacttttgtgatatatttggtgctaaatctgtgtgcgtgtcttttgcaagacagggacttgatttgtagttttatgatagtttTGCAAGCATCGTTTCTTAGATAATGGATAAAGT ACAAACCAGCTGCATTTAAGATGCACAAAGCCACAATCAATTATCACAGTAGTTTCACACACCACTTTGGAAAGATAAAAATGTGCAGCAAGTTTAACAAGTATCTATGGTTTTGAGAAATTTACTCATCTTTATTTGACTGTAAAATGAAGGGTAGGACCTTTAATTAATTCGATACTGAGATGTGTGAGCTGCCCATCCACTTTGGGATGCTTCTGTGACAGCATAAGGGAAATTTGTTGTTTTATTTCATTCCAATCCTAAATTATATGATAGGTATAACTATTGTAAATTGTAGTTGCTAACCAAAGATAACCTTGTGGCTGCAAAGTTCTGGTTAAATAGCACCTTCTTCTGACGGGCAGCCTTCCCTTTATTTCTTGTTCTCTGTGGGAACATAGCATTATTAGTCTATGAAATTATTTTGTGTTAAAATTTACTTTAATTCAACTAATGTTCTTTTTAACTTGCTTCGGTTGTAACTCAAGTTTATCTTAAGCACTCCACTTATGTTGATTTGGTATTTCCAG。
实施例2:叶绿素含量测定
田间播种csl1突变体植株的粳稻中花11种子(突变包括纯合突变(纯合突变致死)和杂合突变,这里的种子为杂合突变的种子)对材料进行表型观察,以野生型粳稻中花11(WT)为对照。部分植株在田间出现植株黄化,后续观察这些植株三叶期后陆续死亡。
用紫外分光光度法分别检测突变体中叶绿素a、b含量,具体测定方法如下,将0.1g新鲜水稻叶片或叶鞘(三叶期)切成小片置于10ml离心管中,加入2ml提取buffer(乙醇:丙醇:H2O,体积比=4.5:4.5:1),在4℃避光静置12小时至叶绿色析出叶片变白。以提取buffer作为空白对照,用紫外分光光度计分别测量样品在645nm和663nm处的吸收峰值。通过以下公式计算叶绿素含量。
叶绿素a含量=(12.72*A663-2.59*A645)×V/W×1000;
叶绿素b含量=(22.88*A645-4.67*A663)×V/W×1000;
总叶绿素含量=(20.29*A645+8.05*A663)×V/W×1000;
式中,V为提取样品定容体积;W为新鲜水稻叶片的质量。
结果如图2所示:结果表明csl1的叶片和叶鞘的叶绿素a和叶绿素b的含量均显著低于对照野生型(图2A中没有变黄的植株为杂合突变或者纯合野生型的植株)。
实施例3:叶绿体超显微结构电镜观察
将三叶期的csl1突变体水稻(实施例1分离的突变体植株)叶片,戊二醛固定、树脂包埋后用透射电子显微镜观察叶绿体的超显微结构。具体实验方法如下:
取三叶期水稻的第二张叶片,切成宽0.5mm长2mm的小片,用2.5%(v/v)的戊二醛于4℃固定24小时。用0.1M PBS缓冲液洗3次后,以1%(w/v)OsO4(四氧化锇)进行二次固定,2小时后用0.1M PBS缓冲液洗3次。随后用体积百分比30%,50%,70%,80,90%,100%,100%的丙酮溶液,室温进行梯度脱水,每个梯度15分钟。利用6个梯度对材料逐步进行树脂渗透,即丙酮:Epon812=5:1,3:1,1:1,1:3,1:5(v/v),最后将溶液换成纯Epon812,每个梯度渗透12小时。最后置于60℃烘箱24小时以聚合固化样品。用显微切片机将样品切成60~80nm的薄片,制片后用2%(w/v)乙酸铀酰染色,用透射电子显微镜观察。
结果如图3所示:结果表明csl1突变体叶肉细胞中出现单层或多层的自噬体,叶绿体内淀粉粒增多,类囊体结构紊乱。
实施例4:水稻CSL1基因的定点敲除
通过CRISPR/Cas9技术结合农杆介导的水稻愈伤组织转化的方法,对野生型中花11的CSL1基因进行敲除,可获得与突变体一致的表型。具体实施方法如下:
(1)构建敲除载体
敲除载体的构建方法按照参考文献(曾栋昌,马兴亮,谢先荣,等.植物CRISPR/Cas9多基因编辑载体构建和突变分析的操作方法[J].中国科学,2018,048(007):P.783-794.)所记载的方法进行,其中所采用的质粒pYLgRNA-OsU6a和pYLCRISPR/Cas9Pubi-H已在文献(Ma X,Liu YG.CRISPR/Cas9-Based Multiplex Genome Editing in Monocot andDicot Plants[J].2016.)中公开,并基于水稻基因CSL1(Os03g0703400)(RAP-DB http://rapdb.dna.affrc.go.jp/)第5外显子序列设计并合成以下靶位点引物;其中,
CSL1基因的第五外显子全长序列为:
AGACATTAAATGCGCAAATATACTGGTTCATGCAAATGGATCAGTAAAATTGGCAGACTTTGGGTTGGCGAAGGAG(SEQ ID NO.2);
靶位点引物为:
CSL1-OsU6a-T1F:5’-GCCGTGCAAATGGATCAGTAAAAT-3’(SEQ ID NO.13);
CSL1-OsU6a-T1R:5’-AAACATTTTACTGATCCATTTGCA-3’(SEQ ID NO.14)。
(2)csl1突变体的构建
将(1)中构建好的敲除载体转入农杆菌EHA105,通过农杆菌介导的遗传转化方法将CSL1敲除载体转入野生型中花11中。
(3)对目标基因敲除后代进行表型观察、测定叶绿素含量(方法同实施例2)。
(4)敲除株系测序
提取敲除株系的基因组DNA序列,利用引物对Seq1F和Seq1R扩增靶点位置序列,委托睿博兴科(广州)公司测序。
Seq1F:5’-GTAGTAACAAACTGGGCAAG-3’(SEQ ID NO.15);
Seq1R:5’-CCTCAGGTGCCATCCAATAA-3’(SEQ ID NO.16)。
测序结果发现,敲除植株目标基因发生移码突变,将敲除植株命名为KO-1,KO-5(KO-1和KO-5为第5外显子的第46位缺失1个A碱基)和KO-9(KO-9为第5外显子的第47位缺失1个A碱基,并且第48位的A碱基替换成T碱基,即AAAA→ATA)。
CSL1敲除植株及表型如图4所示:csl1突变体(csl1),KO-1,KO-5,KO-9敲除植株相对于野生型中花11的植株(WT),植株叶绿素a和叶绿素b含量下降。
实施例5:CSL1的表达模式分析
为分析CSL1的表达模式,分别通过实时荧光定量PCR的方法研究该基因转录水平上的表达模式,具体实验方法如下:
(一)荧光定量PCR:
(1)水稻总RNA提取
1)将液氮倒入用DEPC水处理过的研钵中,让研钵充分预冷。
2)将材料(野生型粳稻中花11三叶期的根、茎、叶鞘、叶片,以及野生型粳稻中花11的幼穗和成熟穗)放入研钵中,加液氮研磨,待样品充分破碎后取100mg样品粉末转入到含有1ml
Figure BDA0002546852030000051
的1.5ml离心管中,用涡旋震荡仪充分混匀,室温静置5min。
3)向管中加入0.2ml氯仿,徒手上下剧烈颠倒约15s,室温静置3min。
4)样品放入4℃预冷的高速低温离心机中,12,000rpm,离心10min。
5)吸取480μl上清液,并转移至新的1.5ml离心管中,加入等体积异丙醇,轻柔地上下颠倒6次混匀,在室温放置10min。
6)4℃预冷的高速低温离心机中,以12,000rpm,离心10min。
7)去上清,沉淀用75%(v/v)乙醇(DEPC水配制)漂洗,以12,000rpm,离心1min,重复2次。
8)干燥后加入57μl DEPC水溶解RNA沉淀。
(2)反转录第一链cDNA的合成
1)取总量约5ng的RNA与2μl浓度为10μM的oligo(dT)18引物混匀,并用RNase-freewater补足总体积至25μl;
2)65℃,水浴5min,迅速置于冰上冷却3~5min,瞬时离心10sec将液体集中到EP管底部;
3)依次加入8μl 5×Reaction Buffer(TOYOBO公司购得),4μl dNTP(2.5mM),2μlReverse Transcriptase(反转录酶),1μl RNase Inhibitor(TAKARA公司购得),混匀;
4)42℃,保温90min;
5)99℃,5min使反转录酶失活;
6)4℃,保温5min,反应完成后将样品于-20℃保存备用。
(3)实时荧光定量PCR
反应体系20μl:10μl的2×
Figure BDA0002546852030000061
Master Mix;0.5μl的10μM引物CSL1-qF;0.5μl的10μM引物CSL1-qR;0.5μl的cDNA模板,8.5μl的ddH2O。以水稻actin作为内参基因。所涉及的引物序列如下:
CSL1-qF:5’-CAATTCCACCGCAACTGATTC-3’(SEQ ID NO.17);
CSL1-qR:5’-TGTCTTTAGCCACAATTGAACG-3’(SEQ ID NO.18);
actin-qF:5’-CACATTCCAGCAGATGTGGA-3’(SEQ ID NO.19);
actin-qR:5’-GCGATAACAGCTCCTCTTGG-3’(SEQ ID NO.20)。
PCR反应程序为:95℃预变性2分钟;95℃变性10秒,60℃退火30秒,39个循环;65℃到95℃梯度升温,检测产物溶解峰。
以2-ΔΔCt方法计算CSL1的相对表达量。
结果如图5所示:结果显示CSL1的mRNA在所有组织部位广泛表达,主要在叶鞘和叶片中积累,在穗中较低。
实例6叶绿体相关基因的表达
通过荧光定量的方法,对二叶期csl1突变体(实施例1分离)和野生型粳稻中花11(WT)叶片的叶绿体相关基因表达量进行测定。荧光定量PCR的具体实验方法如下:
(一)水稻总RNA提取
(1)将液氮倒入用DEPC水处理过的研钵中,让研钵充分预冷。
(2)将材料放入研钵中,加液氮研磨,待样品充分破碎后取100mg粉末转入到含有1ml
Figure BDA0002546852030000062
的1.5ml离心管中,用涡旋震荡仪充分混匀,室温静置5min。
(3)向管中加入0.2ml氯仿,徒手上下剧烈颠倒约15s,室温静置3min。
(4)样品放入4℃预冷的高速低温离心机中,12,000rpm,离心10min。
(5)吸取480μl上清液,并转移至新的1.5ml离心管中,加入等体积异丙醇,轻柔地上下颠倒6次混匀,在室温放置10min。
(6)4℃预冷的高速低温离心机中,以12,000rpm,离心10min。
(7)去上清,沉淀用75%(v/v)乙醇(DEPC水配制)漂洗,以12,000rpm,离心1min,重复2次。
(8)干燥后加入57μl DEPC水溶解RNA沉淀。
(二)反转录第一链cDNA的合成
(1)取总量约5ng的RNA与2μl浓度为10μM的oligo(dT)18引物混匀,并用RNase-free water补足总体积至25μl;
(2)65℃,水浴5min,迅速置于冰上冷却3-5min,瞬时离心10sec将液体集中到EP管底部;
(3)依次加入8μl 5×Reaction Buffer,4μl dNTP(2.5mM),2μl ReverseTranscriptase,1μl RNase Inhibitor,混匀;
(4)42℃,保温90min;
(5)99℃,5min使反转录酶失活;
(6)4℃,保温5min,反应完成后将样品于-20℃保存备用。
(三)实时荧光定量PCR
通过荧光定量的方法对叶绿体相关基因表达量(HemA,OsCao,OsHAP3A,OsHAP3B,OsHAP3C,OsPPR1,YGL1,OsCAb1R(CAb1R),psaA,psaB,psbA,rps14,aptA,petA,rpoB,rps2,psaE,psaD,psbO,psbP,rbcS,Lhcb2)进行测定:
反应体系20μl:10μl的2×
Figure BDA0002546852030000072
Master Mix;0.5μl的10μM引物;0.5μl的10μM引物;0.5μl的cDNA模板,8.5μl的ddH2O。以水稻actin作为内参基因。其中,所用引物序列(5’-3’)如表1所示:
表1实时荧光定量PCR引物
Figure BDA0002546852030000071
Figure BDA0002546852030000081
PCR反应程序为:95℃预变性2分钟;95℃变性10秒,60℃退火30秒,39个循环;65℃到95℃梯度升温,检测产物溶解峰。
以2-ΔΔCt方法计算各叶绿体基因的相对表达量。
结果如图6所示:结果显示多数叶绿体相关基因在突变体中下调。
本发明鉴定发现了csl1突变体,该突变体的叶绿素含量下降,内囊体结果紊乱,叶绿体相关基因表达量改变,说明CSL1的正常功能对叶绿体的发育很重要,通过基因敲除可以获得与突变体相同的表型。CSL1基因的发现与表达分析,为MAPK级联参与水稻叶绿体发育调控提供了研究材料。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 华南农业大学
<120> CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用
<160> 64
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 793
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> 基因缺失后的CSL1基因的第七内含子序列
<400> 1
gtatgtcata ctttgacttt aaagtttata gttctgttaa tgctcttttt atgtgttagt 60
ccctgtttga ttacaacatt aaatttatgt caattctctt tttatgttct ttattgagta 120
aaattcaaga aactacaaat atttttagat gaatatcaca agtactacag atttaataca 180
ctgtatggga aatctttagt tttgtgttaa agctggcgct ggatttgtag ttttctgaga 240
ttatgcctta aatctgtact tttgtgatat atttggtgct aaatctgtgt gcgtgtcaat 300
caattatcac agtagtttca cacaccactt tggaaagata aaaatgtgca gcaagtttaa 360
caagtatcta tggttttgag aaatttactc atctttattt gactgtaaaa tgaagggtag 420
gacctttaat taattcgata ctgagatgtg tgagctgccc atccactttg ggatgcttct 480
gtgacagcat aagggaaatt tgttgtttta tttcattcca atcctaaatt atatgatagg 540
tataactatt gtaaattgta gttgctaacc aaagataacc ttgtggctgc aaagttctgg 600
ttaaatagca ccttcttctg acgggcagcc ttccctttat ttcttgttct ctgtgggaac 660
atagcattat tagtctatga aattattttg tgttaaaatt tactttaatt caactaatgt 720
tctttttaac ttgcttcggt tgtaactcaa gtttatctta agcactccac ttatgttgat 780
ttggtatttc cag 793
<210> 2
<211> 76
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> CSL1基因的第五外显子
<400> 2
agacattaaa tgcgcaaata tactggttca tgcaaatgga tcagtaaaat tggcagactt 60
tgggttggcg aaggag 76
<210> 3
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> C1
<400> 3
tggcgtaata gcgaagaggc c 21
<210> 4
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> C2
<400> 4
aatggcgaat gctagagc 18
<210> 5
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> H1
<400> 5
aataacagag tctagcacct cg 22
<210> 6
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> H2
<400> 6
ctacccaatc ttttgtgc 18
<210> 7
<211> 187
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> T-DNA侧翼序列
<400> 7
tgggaaatct ttagttttgt gttaaagctg gcgctggatt tgtagttttc tgagattatg 60
ccttaaatct gtacttttgt gatatatttg gtgctaaatc tgtgtgcgtg tcaatcaatt 120
atcacagtag tttcacacac cactttggaa agataaaaat gtgcagcaag tttaacaagt 180
atctatg 187
<210> 8
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> 48800
<400> 8
tcctaatgtg gagtgggtat g 21
<210> 9
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> 5TF1
<400> 9
tcgtccgagg gcaaagaaat aga 23
<210> 10
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> 5TR2
<400> 10
ccaacagttg cgcagcctga atg 23
<210> 11
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> 49651
<400> 11
agttacaacc gaagcaagtt a 21
<210> 12
<211> 902
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> CSL1基因的第七内含子全长序列
<400> 12
gtatgtcata ctttgacttt aaagtttata gttctgttaa tgctcttttt atgtgttagt 60
ccctgtttga ttacaacatt aaatttatgt caattctctt tttatgttct ttattgagta 120
aaattcaaga aactacaaat atttttagat gaatatcaca agtactacag atttaataca 180
ctgtatggga aatctttagt tttgtgttaa agctggcgct ggatttgtag ttttctgaga 240
ttatgcctta aatctgtact tttgtgatat atttggtgct aaatctgtgt gcgtgtcttt 300
tgcaagacag ggacttgatt tgtagtttta tgatagtttt gcaagcatcg tttcttagat 360
aatggataaa gtacaaacca gctgcattta agatgcacaa agccacaatc aattatcaca 420
gtagtttcac acaccacttt ggaaagataa aaatgtgcag caagtttaac aagtatctat 480
ggttttgaga aatttactca tctttatttg actgtaaaat gaagggtagg acctttaatt 540
aattcgatac tgagatgtgt gagctgccca tccactttgg gatgcttctg tgacagcata 600
agggaaattt gttgttttat ttcattccaa tcctaaatta tatgataggt ataactattg 660
taaattgtag ttgctaacca aagataacct tgtggctgca aagttctggt taaatagcac 720
cttcttctga cgggcagcct tccctttatt tcttgttctc tgtgggaaca tagcattatt 780
agtctatgaa attattttgt gttaaaattt actttaattc aactaatgtt ctttttaact 840
tgcttcggtt gtaactcaag tttatcttaa gcactccact tatgttgatt tggtatttcc 900
ag 902
<210> 13
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> CSL1-OsU6a-T1F
<400> 13
gccgtgcaaa tggatcagta aaat 24
<210> 14
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> CSL1-OsU6a-T1R
<400> 14
aaacatttta ctgatccatt tgca 24
<210> 15
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> Seq1F
<400> 15
gtagtaacaa actgggcaag 20
<210> 16
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> Seq1R
<400> 16
cctcaggtgc catccaataa 20
<210> 17
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> CSL1-qF
<400> 17
caattccacc gcaactgatt c 21
<210> 18
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> CSL1-qR
<400> 18
tgtctttagc cacaattgaa cg 22
<210> 19
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> actin-qF
<400> 19
cacattccag cagatgtgga 20
<210> 20
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> actin-qR
<400> 20
gcgataacag ctcctcttgg 20
<210> 21
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> HemA F
<400> 21
cgctatttct gatgctatgg gt 22
<210> 22
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> HemA R
<400> 22
tcttgggtga tgattgtttg g 21
<210> 23
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsCao F
<400> 23
tcaaccattg gcatctcaaa 20
<210> 24
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsCao R
<400> 24
cgtgatgctg tcgctagtgt 20
<210> 25
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsHAP3A F
<400> 25
tctgttaagg aagaacccac 20
<210> 26
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsHAP3A R
<400> 26
tagatttgtg ccacctgata 20
<210> 27
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsHAP3B F
<400> 27
aactgcaaag gctggtgatg gctct 25
<210> 28
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsHAP3B R
<400> 28
tacatctgag aagcagcctt ggctc 25
<210> 29
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsHAP3C F
<400> 29
ggtcaatggg cacgctcgga ttcg 24
<210> 30
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsHAP3C R
<400> 30
ggaactttag aagcatcctg cttac 25
<210> 31
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsPPR1 F
<400> 31
cttgccgagc aggtctact 19
<210> 32
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsPPR1 R
<400> 32
acaccatatc acggaacatc tc 22
<210> 33
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> YGL1 F
<400> 33
tcttggtgcg agctacattg 20
<210> 34
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> YGL1 R
<400> 34
gcttgcctga actgaaaagg 20
<210> 35
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsCAb1R F
<400> 35
gatgatgatc gagttggtgt tg 22
<210> 36
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> OsCAb1R R
<400> 36
caccacggat aagtacctag ac 22
<210> 37
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaA F
<400> 37
ttagaaatcc gccaatcca 19
<210> 38
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaA R
<400> 38
tgctaggctc tacaaccatt 20
<210> 39
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaB F
<400> 39
gagcaatatc ggtcagccac a 21
<210> 40
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaB R
<400> 40
accactcaag gagcgggaac 20
<210> 41
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psbA F
<400> 41
accctcatta gcagattcgt 20
<210> 42
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psbA R
<400> 42
gattgtattc caggcagagc 20
<210> 43
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rps14 F
<400> 43
tcactcaaac tcaaagggta 20
<210> 44
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rps14 R
<400> 44
aagcggcaga aattagaac 19
<210> 45
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> aptA F
<400> 45
tatcggtcaa agagcatc 18
<210> 46
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> aptA R
<400> 46
cgtataagga gcgaggta 18
<210> 47
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> petA F
<400> 47
tgccatttag cgaataagcc 20
<210> 48
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rpoB F
<400> 48
ccacattcaa ccctcccttt 20
<210> 49
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rpoB R
<400> 49
tggtacatat cccttatctc aa 22
<210> 50
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rps2 F
<400> 50
ctccaggacc caaacaactc 20
<210> 51
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rps2 F
<400> 51
gagatgatag aagcgggagt t 21
<210> 52
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rps2 R
<400> 52
taacataatg acaacgagcc 20
<210> 53
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaE F
<400> 53
ccgccaagcc gcctcccatt 20
<210> 54
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaE R
<400> 54
agctcgacga cgatccatcc 20
<210> 55
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaD F
<400> 55
ccgctccaag tacaagatca 20
<210> 56
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psaD R
<400> 56
aagagcagcc tgacagatga 20
<210> 57
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psbO F
<400> 57
gctctaccgg ctacgacaac 20
<210> 58
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psbO R
<400> 58
tgacatcctt gggcacctt 19
<210> 59
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psbP F
<400> 59
aagacagatt ccgagggtgg 20
<210> 60
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> psbP R
<400> 60
tgattcgcta gggattaaag ag 22
<210> 61
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rbcS F
<400> 61
tgagggcatc aagaagtt 18
<210> 62
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> rbcs R
<400> 62
cgatgatacg gacaaagg 18
<210> 63
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> Lhcb2 F
<400> 63
ccccatcgag aacctcttc 19
<210> 64
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<223> Lhcb2 R
<400> 64
cggtgcgtgg ctactacaa 19

Claims (8)

1.CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用,其特征在于:通过CSL1基因突变的方式,降低水稻叶绿素的含量,以及改变叶绿体相关基因的表达量;
所述的CSL1基因在RAP-DB数据库的名称为Os03g0703400;
所述的基因突变通过如下任一种方式实现:
a、通过T-DNA插入的方式插入到CSL1基因的第7内含子内,在T-DNA插入位置有109bp序列删除,即CSL1基因的第7内含子的第298位至406位共缺失109个碱基;
b、CSL1基因的第5外显子的第46位缺失1个碱基A;
c、CSL1基因的第5外显子的第47位缺失1个碱基A,以及第5外显子的第48位的碱基A替换为碱基T。
2.根据权利要求1所述CSL1基因在调控水稻叶绿体发育中的应用,其特征在于:
所述的CSL1基因的第5外显子的全长序列如SEQ ID NO.2所示;
所述的叶绿素为叶绿素a和/或叶绿素b;
所述的叶绿体相关基因包括HemA,OsCao,OsHAP3A,OsHAP3C,OsPPR1,YGL1,OsCAb1R,psaA ,psaB,psbA,rps14,aptA,petA,rpoB,rps2,psaE,psaD,psbO,psbP,rbcS和Lhcb2基因。
3.一种CSL1基因突变体,其特征在于,为如下任意一种:
(1)CSL1基因的第7内含子的第298位至406位缺失109个碱基,基因缺失后的CSL1基因的第7内含子的序列如SEQ ID NO.1所示;
(2)CSL1基因的第5外显子的第46位缺失1个碱基A;
(3)CSL1基因的第5外显子的第47位缺失1个碱基A,以及第5外显子的第48位的碱基A替换为碱基T;
所述的CSL1基因在RAP-DB数据库的名称为Os03g0703400。
4.含有权利要求3所述的CSL1基因突变体的表达载体或重组微生物。
5.权利要求3所述的CSL1基因突变体在调控水稻叶绿体发育中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于:所述的调控水稻叶绿体发育为降低水稻叶绿素的含量和/或改变叶绿体相关基因的表达量;
所述的叶绿素为叶绿素a和/或叶绿素b;
所述的叶绿体相关基因包括HemA,OsCao,OsHAP3A,OsHAP3C,OsPPR1,YGL1,OsCAb1R,psaA ,psaB,psbA,rps14,aptA,petA,rpoB,rps2,psaE,psaD,psbO,psbP,rbcS和Lhcb2基因。
7.权利要求3所述的CSL1基因突变体在水稻改良育种或制种中的应用。
8.权利要求3所述的CSL1基因突变体在制备转基因水稻中的应用。
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