Tag1基因在調控植物葉片衰老進程中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及基因工程技術領域，尤其涉及TAG1基因在調控植物葉片衰老進程中 的應用。
【背景技術】
[0002] 葉片是特化了的光合器官，是植物同化產物形成和轉運的主要場所。在作物遺傳 改良上，長期以來人們十分注重提高葉片的光合效率，而對如何通過直接調節葉片光合功 能期和提高營養物質轉運效率來提高作物的產量和品質關注較少。后者的調節實質上就是 對葉片衰老進程的調控。植物葉片衰老的調控機制方面的研究有助于農業生產上的分子育 種。過去五十年中，玉米上的高強度育種使得產量潛力得到了巨大的提高；深入的研究揭 示，其產量上的遺傳改良主要得益于雜交玉米葉片衰老進程的延緩。新近的研究也發現，多 年來小麥育種上產量潛力的增加主要歸因于葉片功能期的延長。上述研究表明，長期以來 育種家是在無意識地通過延緩葉片衰老進程實現了作物產量改良的育種目標。利用分子生 物學的手段通過提高衰老期間體內細胞分裂素含量延緩大豆葉片衰老進程不僅增加了作 物的產量潛力，而且可以顯著地提高植物的抗旱性。對于綠葉類作物而言，葉片衰老進程不 僅影響到產量和品質要素的形成，而且還會直接地影響到采收產量、采后品質和貨架壽命。 延緩葉片衰老進程中葉綠素降解不僅能夠顯著地延緩綠葉類作物葉片中的蛋白質和相關 品質指標的劣變，而且還能夠顯著地改變觀賞植物的葉片景觀。對于花卉植物而言，葉片和 花器官的衰老進程直接影響到其觀賞價值和銷售價格。
[0003]葉片衰老是植物葉片發育的最后一個階段，最終導致死亡。葉片是特異的進行光 合作用的器官，植物投入了大量的能量和物質促進葉片生長。一旦葉片開始衰老，葉片對整 個植物體的貢獻就開始下降。葉片衰老過程也是一個程序化的影響物質回收、循環利用的 過程。衰老葉片中的氮、磷及金屬離子從衰老的葉片運輸到處于旺盛生長中的葉子及種子。 葉綠體中包含的蛋白質約占整個葉片總蛋白質的70%，是葉片衰老過程中第一個被降解的 細胞器。細胞核負責調控基因表達，而線粒體負責能量的供應，在葉片衰老過程中保持完好 直到最后階段。
[0004]植物葉片衰老是一個受到基因控制的發育過程，即使在接近最佳生長環境中，在 特定的時期衰老還是不可避免的發生。衰老作為葉片正常發育過程的一部分，雖然是受到 基因嚴格控制，但一些能夠影響基因組穩定性的毒性物質能誘導植物早衰。DNA分子容易 受到生物、物理、化學等因素的影響導致各種不同程度的損傷可誘發基因突變或細胞損害 從而導致細胞死亡。DNA損傷大部分是以堿基切除方式進行修復的。研究發現，DNA糖基化 酶（DNAglycosylase)在堿基切除修復過程中具有關鍵作用。因此，在模式植物擬南芥中 的研究表明，過表達基因TAG1能延緩葉片衰老進程并增強植株對基因毒性物質的抗性，這 為通過基因工程手段延緩葉片衰老從而提高產量提供了新的思路。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供TAG1基因在調控植物葉片衰老進程中的應用，利用TAG1 基因在植物葉片衰老進程中的表達調控，延緩葉片衰老的發生、發展，提高光合作用，為培 育新的作物品種提供新的思路。
[0006] 為了解決上述問題，本發明公開了TAG1基因在調控植物葉片衰老進程中的應用， 所述TAG1基因序列如SEQ ID NO: 1所示。
[0007] 本發明還公開了TAG1基因在增強植物對高鹽耐受中的應用，所述TAG1基因序列 如SEQ ID N0:1所示。
[0008] 本發明還公開了TAG1基因在培育晚衰高產轉基因植物品種中的應用，所述TAG1 基因序列如SEQ ID NO: 1所示。
[0009] 優選地，所述植物為擬南芥。
[0010] 本發明還公開了一種調控植物葉片衰老進程的方法，包括調控TAG1基因在植物 中的表達，所述TAG1基因序列如SEQIDNO: 1所示。
[0011] 優選地，所述方法包括如下步驟：
[0012] (1)構建重組表達載體，將SEQIDNO: 1所示基因序列的TAG1基因插入到真核細 胞表達載體中；
[0013] (2)將重組表達載體轉化到目的植物的細胞中，過表達TAG1基因；
[0014] (3)篩選抗性植物，得到晚衰植株。
[0015] 優選地，所述方法中真核細胞表達載體為PCHF3-GFP。
[0016] 優選地，所述方法中轉化采用農桿菌介導法。
[0017] 優選地，所述方法中所述植物為擬南芥。
[0018] 本發明具有如下有益效果：
[0019] 本發明通過利用外源基因表達載體將編碼序列為SEQIDNO: 1所示的TAG1基因 導入到植物植株中，過表達TAG1基因，植物植株表現為葉片衰老延緩。本發明通過調控 TAG1基因在植物中的表達進而用于培育葉片衰老可調控的、高產植物新品種，為培育新的 作物品種提供了新思路，在高產分子育種上具有極大的應用價值。
[0020] 本發明通過篩選擬南芥突變體庫，獲得一個葉片早衰突變體tagl，TAG1基因編碼 3-甲基腺噪呤DNA糖基化酶（DNA-3-methyladenineglycosylase)。tagl突變體對博來霉 素（一種能引起DNA雙鏈斷裂損傷的抗生素）超敏感而過表達TAG1增強了對博來霉素的 抗性，表明TAG1基因在DNA損傷修復方面具有重要的功能。本發明還發現過表達TAG1基 因延緩葉片衰老進程。此項研究闡述了TAG1基因在調控植物葉片衰老中具有重要作用以 及通過轉基因延緩葉片衰老進程從而培育新的作物品種提供了新思路。
【附圖說明】
[0021] 圖1為真核細胞表達載體PCHF3-GFP載體圖譜，圖中，LB表示左邊界，RB表示右邊 界，Sacl-Kpnl-BamHl-Sall-Pstl為多克隆位點；
[0022] 圖2為本發明TAG1重組表達載體的部分序列鑒定結果；
[0023] 圖3為擬南芥Col-Ο野生型植株、tagl突變體以及TAG1轉基因植物（TAGlox)的 衰老表型；
[0024] 圖4為擬南芥Col-Ο野生型植株、tagl突變體以及TAG1轉基因植株（TAGlox)在 添加博來霉素的培養基上的生長情況。
【具體實施方式】
[0025] 下文中將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的 情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。以下實施例中使用的實驗方 法如無特殊說明均為常規方法，使用的試劑和材料如無特殊說明，均為市售商品。其中，使 用的各種突變體均購自ABRC，各種藥品試劑，如無特殊說明均購自Sigma公司。
[0026] 實施例1構建過表達TAG1的克隆
[0027] 如圖1和圖2所示，本實施例以野生型擬南芥Col-Ο的cDNA為模板，通過RT-PCR 的方法擴增得到TAG1基因的⑶S。引物為：
[0028] 正向引物F: 5 '-gcGAGCTCATGTCGGCTCCACCGCGAGT-3 '
[0029] 反向引物R:5'-ccGGATCCATTACCAGTCTCGTCCTTTG-3'
[0030] 下劃線分別為SacI和BamHI限制性內切酶位點，gc和cc為保護堿基。PCR引物經 瓊脂糖凝膠電泳鑒定大小，然后膠回收。把回收產物和圖1所示