本發(fā)明涉及基因工程，特別是涉及oscpk12基因在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、大約90％的作物干重來源于光合作用產(chǎn)生的有機物，因此提高光合效率是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵目標(gibson?et?al.,2011)。光是光合作用的關(guān)鍵環(huán)境決定因素。在自然界中，植物經(jīng)歷波動的光照強度，過低和過高的光照水平都會影響光合效率。因此，植物進化出獨特的生理機制，以適應(yīng)不同的外部光照條件，確保最佳和有效的光合作用維持。葉綠體發(fā)育同時受質(zhì)體和細胞核中的基因控制(jarvis?and?lopez-juez，2013)。在水稻中，95％以上負責葉綠體發(fā)育的基因是核基因編碼的(reumann?et?al.,2005)。這些核基因合成的葉綠體蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)中產(chǎn)生，隨后，這些前體蛋白質(zhì)通過跨膜轉(zhuǎn)運復(fù)合物轉(zhuǎn)運到葉綠體內(nèi)的指定位置以執(zhí)行特定功能。負責將這些蛋白質(zhì)導(dǎo)入葉綠體的序列稱為葉綠體轉(zhuǎn)運肽(ctp)。這些ctp是將蛋白質(zhì)靶向葉綠體所必需的蛋白序列(li?et?al.,2013)。編碼葉綠體蛋白的核基因通常被光響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子如hy5激活(han?et?al.,2020)。在細胞質(zhì)中轉(zhuǎn)錄和翻譯后，這些葉綠體前蛋白經(jīng)歷翻譯后修飾(ptm)。隨后，它們通過兩個易位密碼子復(fù)合體導(dǎo)入葉綠體基質(zhì)：葉綠體外膜(toc)的易位密碼子和葉綠體內(nèi)膜(tic)的易位密碼子(chen?etal.,2018)。葉綠體轉(zhuǎn)運肽的磷酸化狀態(tài)在調(diào)節(jié)前蛋白的輸入方面起著關(guān)鍵作用(martinet?al.,2006)。自然環(huán)境中波動的光照條件往往會導(dǎo)致植物葉片進行動態(tài)的光合作用。為了在這種條件下保持較高的光合效率和防止光合機構(gòu)的損傷，植物進化出了各種策略(morales?and?kaiser,2020)。植物進化出的波動光的適應(yīng)機制主要包括狀態(tài)轉(zhuǎn)換、循環(huán)電子傳遞以及獨立于這兩個過程的其他途徑。而葉綠體中蛋白的可逆磷酸化在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮重要作用。當psii相對于psi受到過度刺激時，類囊體蛋白激酶如state?transition7(snt7)被激活，磷酸化lhcii(plhcii)。這導(dǎo)致plhcii與psi而非psii結(jié)合，增強了psi對光的吸收和利用(bellafiore?et?al.,2005；grieco?et?al.,2015)。此外，snt7介導(dǎo)的plhcii磷酸化將質(zhì)體醌庫和基質(zhì)氧化還原狀態(tài)的變化轉(zhuǎn)化為調(diào)控光合相關(guān)基因表達的信號，對快速光照變化的光合機構(gòu)進行了微調(diào)，此過程對應(yīng)于狀態(tài)2(pesaresi?et?al.,2010)。然而，當能量過剩到psi時，pq庫氧化，導(dǎo)致snt7失活，并通過protein?phosphatase1/thylakoid-associated?phosphatase?38(pph1/tap38)使plhcii去磷酸化，將lhcii從psi中分離出來，與psii結(jié)合形成狀態(tài)1，有利于能量向psii的再分配(pribil?et?al.,2010；shapiguzov?etal.,2010)。目前關(guān)于葉綠體蛋白質(zhì)的穿梭機制在植物光適應(yīng)調(diào)節(jié)中的確切作用知之甚少。

2、植物在生長發(fā)育過程中會受到各種不良環(huán)境刺激，對植物的生長發(fā)育和作物產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響(munns?and?millar,2023)。隨著全球氣候變暖的日益加劇，干旱正成為植物生長和作物生產(chǎn)的主要限制因子(wilschut?et?al.,2022)。干旱脅迫下，植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理過程受到不同程度的影響。特別是，干旱影響光合特性、葉綠素積累、活性氧(ros)代謝和抗氧化系統(tǒng)(li?et?al.,2022a,li?et?al.,2022b；ahuja?et?al.,2010；ahammed?etal.,2019)。因此，揭示干旱脅迫機制是培育耐旱性改良作物種質(zhì)的前提。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供oscpk12基因在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一，oscpk12基因在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用，所述oscpk12基因的登錄號為loc_os04g47300，其核苷酸序列如seq?id?no.5所示。

4、本發(fā)明技術(shù)方案之二，一種降低水稻光合作用的方法，沉默或敲除所述水稻植株中的oscpk12基因。

5、本發(fā)明技術(shù)方案之三，一種提高水稻光合作用的方法，過表達所述水稻植株中的oscpk12基因。

6、本發(fā)明技術(shù)方案之四，所述方法在水稻育種或水稻品種改良中的應(yīng)用。

7、本發(fā)明技術(shù)方案之五，oscpk12蛋白在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用，其氨基酸序列如seq?id?no.6所示。

8、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

9、本發(fā)明提供了oscpk12基因在參與水稻光合作用過程中的應(yīng)用，oscpk12基因的登錄號為loc_os04g47300。本發(fā)明實施例中構(gòu)建了oscpk12的敲除突變體植株oscpk12-cr，并對其進行農(nóng)藝性狀考察和光合作用相關(guān)生理指標測定。與野生型相比，oscpk12-cr株高變矮、光合效率降低，光合色素含量降低、葉片中光合作用相關(guān)蛋白以及葉綠素合成相關(guān)蛋白的表達量降低、出現(xiàn)早衰表型；在弱光條件下突變體oscpk12-cr的早衰表型被抑制；持續(xù)光照條件下突變體oscpk12-cr的早衰表型提前發(fā)生；過表達oscpk12可以提高水稻的光合效率和耐旱性。亞細胞定位結(jié)果和蛋白互作實驗驗證，oscpk12與osatpd1發(fā)生互作并將其磷酸化從而介導(dǎo)osatpd1向葉綠體的轉(zhuǎn)運。在本發(fā)明實施例中，光誘導(dǎo)oscpk12介導(dǎo)osatpd1磷酸化促進其向葉綠體的導(dǎo)入?yún)⑴catp合酶，直接影響atp酶活，并間接影響葉綠素合成相關(guān)基因以及光合電子傳遞鏈上相關(guān)蛋白的表達參與光合作用的動態(tài)調(diào)控過程。過表達oscpk12可以提高水稻光合效率和耐旱性，可為水稻高光效育種和抗旱育種提供理論依據(jù)。oscpk12通過影響atp合酶的組裝來影響atp合酶活性，影響光合呼吸鏈相關(guān)蛋白的表達來影響水稻凈光合速率和光合色素含量最終影響水稻的光合效率參與調(diào)控水稻動態(tài)光合作用過程。

技術(shù)特征：

1.oscpk12基因在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用，其特征在于，所述oscpk12基因的登錄號為loc_os04g47300，其核苷酸序列如seq?id?no.5所示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，沉默或敲除oscpk12基因，降低水稻的光合作用；過表達oscpk12基因，提高水稻的光合作用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述調(diào)控水稻光合作用包括調(diào)控凈光合速率、光合色素含量和光合呼吸鏈中相關(guān)蛋白的表達量。

4.一種降低水稻光合作用的方法，其特征在于，沉默或敲除所述水稻植株中的oscpk12基因。

5.一種提高水稻光合作用的方法，其特征在于，過表達所述水稻植株中的oscpk12基因。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述過表達oscpk12基因的方法選自以下方法中的至少一種：

7.如權(quán)利要求5或6所述方法在水稻育種或水稻品種改良中的應(yīng)用。

8.oscpk12蛋白在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用，其特征在于，其氨基酸序列如seq?idno.6所示。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了OsCPK12基因在調(diào)控水稻光合作用中的應(yīng)用，屬于基因工程技術(shù)領(lǐng)域。所述OsCPK12基因的登錄號為LOC_Os04g47300，其核苷酸序列如SEQ?ID?NO.5所示。光誘導(dǎo)OsCPK12介導(dǎo)OsAtpD1磷酸化促進其向葉綠體的導(dǎo)入?yún)⑴cATP合酶，直接影響ATP酶活，并間接影響葉綠素合成相關(guān)基因以及光合電子傳遞鏈上相關(guān)蛋白的表達從而參與光合作用的動態(tài)調(diào)控過程。本發(fā)明可為水稻高光效育種提供候選基因及理論依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：曹立勇,王備芳,劉群恩,胡博,占小登,張迎信,吳瑋勛,陳代波,洪永波,孫廉平,陳郎希,曹正男,趙振東,于涵,趙澤強
受保護的技術(shù)使用者：寶清北方水稻研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19