本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域,具體涉及兩個(gè)芝麻開花基因及其在植物光周期和開花時(shí)間調(diào)節(jié)中的應(yīng)用。
背景技術(shù):
芝麻(sesamumindicuml.)隸屬于胡麻科胡麻屬,是一種古老的油料作物,栽培歷史在5000年以上。目前,廣泛分布在南緯40度至北緯45度之間,集中于亞洲和非洲的熱帶、亞熱帶地區(qū)。它作為一種營養(yǎng)豐富、功能性強(qiáng)、保健效果好的貴重油料深受人們喜愛。芝麻油不飽和脂肪酸含量高達(dá)85%,富含抗氧化、抗癌、降血脂的芝麻素,被譽(yù)為“油料皇后”。芝麻為短日照植物,開花主要受光周期調(diào)控,不同地區(qū)的芝麻開花時(shí)間差異很大,可能是受到光周期調(diào)控基因影響。
對擬南芥、水稻等植物的研究表明,植物開花的光周期途徑是受到光敏色素、節(jié)律鐘、成花素等基因調(diào)控,其中一個(gè)關(guān)鍵基因constans(簡稱co)的變異對植物開花時(shí)間調(diào)節(jié)至關(guān)重要。co基因位于生物鐘的輸出途徑,是生物鐘和開花時(shí)間基因之間監(jiān)測日照長度的重要元件,它可以整合光信號和生物鐘信號,節(jié)律性地激活floweringlocust的表達(dá),從而誘導(dǎo)開花。co基因編碼的蛋白均包含兩個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域:靠近氨基端的b-box結(jié)構(gòu)域即鋅指結(jié)構(gòu)域和靠近羧基端的cct結(jié)構(gòu)域。co基因的表達(dá)受晝夜節(jié)律鐘調(diào)控。不同物種中該基因拷貝數(shù)不同,co基因不同拷貝之間的功能存在差異。不完全統(tǒng)計(jì),co基因者已經(jīng)從擬南芥、水稻、玉米、大豆、番茄、葡萄等近二十個(gè)物種中克隆得到,但是芝麻光周期調(diào)控基因的克隆和功能驗(yàn)證尚未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供芝麻sicol1和sicol2基因及其應(yīng)用。包括(1)克隆兩個(gè)芝麻開花基因sicol1和sicol2;(2)提供基因及其編碼蛋白的序列;(3)提供這兩個(gè)基因在育種中的應(yīng)用,尤其是在調(diào)節(jié)植物光周期以及開花時(shí)間中的應(yīng)用。
為達(dá)到上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提供一種芝麻sicol1基因,其具有如seqidno.1所示的核苷酸序列或者該序列經(jīng)替換、缺失或添加一個(gè)或幾個(gè)核苷酸形成的具有同等功能的核苷酸序列,以及芝麻sicol2基因,其具有如seqidno.2所示的核苷酸序列或該序列經(jīng)替換、缺失或添加一個(gè)或幾個(gè)核苷酸形成的具有同等功能的核苷酸序列。
本發(fā)明還提供上述芝麻sicol1基因和sicol2基因的蛋白。芝麻sicol1基因的蛋白具有如seqidno.3所示的氨基酸序列或該序列經(jīng)替換、缺失或添加一個(gè)或幾個(gè)氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。芝麻sicol2基因的蛋白具有如seqidno.4所示的氨基酸序列或該序列經(jīng)替換、缺失或添加一個(gè)或幾個(gè)氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。
本發(fā)明sicol1基因和sicol2基因(全稱sesamumindicumconstanslike1和2)是從芝麻品種“中芝13”中克隆到的兩個(gè)基因,sicol1基因和sicol2基因編碼蛋白的氨基酸序列間的同源性為70%,與擬南芥co蛋白的同源性分別為57%和61%。并且sicol1和sicol2蛋白與擬南芥co具有相同的保守結(jié)構(gòu)域:cct結(jié)構(gòu)域和鋅指結(jié)構(gòu)域。其中,cct結(jié)構(gòu)域是開花基因特有的一類結(jié)構(gòu)域。因此,可以推測sicol1和sicol2與擬南芥co基因類似,都具有促進(jìn)開花的功能。在cct結(jié)構(gòu)域中,芝麻sicol1和sicol2蛋白與擬南芥co蛋白分別存在五個(gè)和四個(gè)氨基酸的差異;在鋅指結(jié)構(gòu)域中,sicol1蛋白有兩個(gè)b-box,而sicol2蛋白的第一個(gè)b-box存在缺失。這些結(jié)構(gòu)和序列差異可能導(dǎo)致了芝麻sicol1和sicol2在調(diào)控芝麻開花過程中的功能差異。芝麻sicol1和sicol2基因在開花前期和開花期的葉片中表達(dá)量最高。芝麻sicol1和sicol2基因受光周期調(diào)控,在長、短光照下均呈節(jié)律性表達(dá)。
本發(fā)明包括通過各種方法獲得的如seqidno.1-2所示核苷酸序列或該序列經(jīng)替換、缺失或添加一個(gè)或幾個(gè)核苷酸形成的具有同等功能的基因。
含有sicol1或sicol2核苷酸序列的克隆載體或各類表達(dá)載體、含有所述載體的宿主細(xì)胞,含有所述核苷酸序列的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌。
上述編碼基因sicol1和sicol2在調(diào)節(jié)植物光周期和開花時(shí)間中的應(yīng)用。
本發(fā)明將sicol1和sicol2基因構(gòu)建表達(dá)載體pbi121,并在大腸桿菌dh5α中擴(kuò)繁。通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的蘸花法,將pbi121攜帶的sicol1和sicol2基因轉(zhuǎn)入擬南芥,獲得擬南芥轉(zhuǎn)化植株。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,sicol1和sicol2具有增強(qiáng)植物對光周期的敏感性并促進(jìn)擬南芥開花的作用。
上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、提供了芝麻sicol1和sicol2基因及其編碼的蛋白本身。
2、過表達(dá)sicol1和sicol2基因可改變植物生育期、促進(jìn)植物開花。過表達(dá)芝麻開花基因sicol1和sicol2明顯促進(jìn)植物(擬南芥)開花,使花期時(shí)間縮短,生育期縮短。因而,sicol1和sicol2具有調(diào)節(jié)花期,可用于解決雜交育種中的花期不遇問題、各種作物、蔬菜、水果、花卉的生育期控制問題、光周期敏感問題和引種問題。
附圖說明
圖1是本發(fā)明芝麻開花基因sicol1和sicol2編碼蛋白的結(jié)構(gòu)分析;圖1說明:“*”代表該位點(diǎn)的氨基酸序列完全一致,“:”代表該位點(diǎn)的氨基酸序列相似度較高,“.”代表該位點(diǎn)的氨基酸序列相似度較低;
圖2是本發(fā)明實(shí)施例3的植物表達(dá)載體pbi121;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例4的克隆中間載體peasy-t1;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例5的芝麻開花基因sicol1促進(jìn)擬南芥開花圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例6的芝麻開花基因sicol1促進(jìn)擬南芥開花圖;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例7的芝麻開花基因sicol1促進(jìn)擬南芥開花圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例8的芝麻開花基因sicol2促進(jìn)擬南芥開花圖;
圖8為本發(fā)明實(shí)施例9的芝麻開花基因sicol2促進(jìn)擬南芥開花圖;
圖9為本發(fā)明實(shí)施例10的芝麻開花基因sicol2促進(jìn)擬南芥開花圖;
圖10為本發(fā)明實(shí)施例11的芝麻開花基因sicol1和sicol2在芝麻不同組織的表達(dá)水平;
圖11為本發(fā)明實(shí)施例12的芝麻開花基因sicol1和sicol2在不同時(shí)期的芝麻葉片中的表達(dá)水平;
圖12為本發(fā)明實(shí)施例13的芝麻開花基因sicol1和sicol2在長、短日照下的表達(dá)水平。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1:芝麻開花基因sicol1和sicol2的克隆
利用正向引物cccgggatgctgaagctcca(seqidno.5所示)和反向引物gagctctcagaaggacggga(seqidno.6所示)以及正向引物cccgggatgctgaaagtcga(seqidno.7所示)和反向引物gagctctcagaatgatggaa(seqidno.8所示)分別從芝麻品種“中芝13”中克隆。
實(shí)施例2:芝麻開花基因sicol1和sicol2所用克隆的中間載體為peasy-t1(見圖3)。
從實(shí)施例1中擴(kuò)增獲得的pcr產(chǎn)物直接按照ta克隆方法克隆到peasy-t1上。將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌dh5α,并在其中擴(kuò)繁,陽性克隆經(jīng)過測序篩選獲得sicol1和sicol2,其基因序列如seqidno.1和seqidno.2所示;由其編碼的蛋白質(zhì)的氨基酸序列如seqidno.3和seqidno.4所示。
實(shí)施例3:芝麻開花基因sicol1和sicol2編碼蛋白的結(jié)構(gòu)分析
芝麻開花基因sicol1和sicol2基因編碼蛋白的氨基酸序列間的同源性為70%,與擬南芥co蛋白的同源性分別為57%和61%。并且sicol1和sicol2蛋白與擬南芥co具有相同的保守結(jié)構(gòu)域:cct結(jié)構(gòu)域和鋅指結(jié)構(gòu)域。其中,cct結(jié)構(gòu)域是開花基因特有的一類結(jié)構(gòu)域。因此,可以推測sicol1和sicol2與擬南芥co基因具有類似促進(jìn)開花的功能。在cct結(jié)構(gòu)域中,芝麻sicol1和sicol2蛋白與擬南芥co蛋白分別存在五個(gè)和四個(gè)氨基酸的差異;在鋅指結(jié)構(gòu)域中,sicol2的第一個(gè)b-box存在缺失,這些結(jié)構(gòu)和序列差異可能導(dǎo)致了芝麻sicol1和sicol2在調(diào)控開花過程中的功能差異。
實(shí)施例4:芝麻開花基因sicol1和sicol2植物表達(dá)載體
利用同源重組的方法將芝麻開花基因sicol1和sicol2與圖2所示的pbi121質(zhì)粒連接,構(gòu)建芝麻sicol1和sicol2基因的過表達(dá)載體。將構(gòu)建好的載體轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌中,再采用蘸花法將農(nóng)桿菌導(dǎo)入擬南芥中。收集擬南芥的成熟種子(t0代種子),將t0代擬南芥種子消毒后接種在含卡那霉素的ms篩選培養(yǎng)基上篩選陽性植株。提取陽性植株的葉片dna,分別利用正向引物cgacacttgccgctcag(seqidno.9所示)和反向引物acgacgccctcccatt(seqidno.10所示)以及正向引物atacaactggctttcgt(seqidno.11所示)和反向引物ccattggtgataggga(seqidno.12所示)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植株的pcr分子鑒定,確認(rèn)sicol1和sicol2基因已經(jīng)轉(zhuǎn)入的t1代陽性植株。將t1代種子繼續(xù)進(jìn)行卡那霉素篩選,提取陽性植株葉片基因組dna進(jìn)行pcr分子鑒定,確定t2代陽性植株。
應(yīng)用實(shí)施例:
實(shí)施例5:芝麻開花基因sicol1促進(jìn)擬南芥開花——轉(zhuǎn)化系ⅰ
從實(shí)施例3獲得的t2代陽性擬南芥轉(zhuǎn)化植株與親本(野生型col-0)在擬南芥生長間中一起培育(16小時(shí)光照/8小時(shí)黑暗的光周期,光強(qiáng)為120-μmol/m2·s),直至轉(zhuǎn)基因植株開花。如圖4所示,其中左圖為轉(zhuǎn)基因植株,右圖為對照。圖4顯示芝麻開花基因sicol1轉(zhuǎn)化擬南芥,導(dǎo)致擬南芥對光周期敏感度增強(qiáng),開花提前1周。說明芝麻sicol1基因具有開花活性,可以促進(jìn)植物開花。
實(shí)施例6:芝麻開花基因sicol1促進(jìn)擬南芥開花——轉(zhuǎn)化系ⅱ
從實(shí)施例3獲得的t2代陽性擬南芥轉(zhuǎn)化植株與親本(野生型col-0)在擬南芥生長間中一起培育(16小時(shí)光照/8小時(shí)黑暗的光周期,光強(qiáng)為120-μmol/m2·s),直至轉(zhuǎn)基因植株開花。如圖5所示,其中左圖為轉(zhuǎn)基因植株,右圖為對照。圖5顯示芝麻開花基因sicol1轉(zhuǎn)化擬南芥,導(dǎo)致擬南芥對光周期敏感度增強(qiáng),開花提前1周。說明芝麻sicol1基因具有開花活性,可以促進(jìn)植物開花。
實(shí)施例7:芝麻開花基因sicol1促進(jìn)擬南芥開花——轉(zhuǎn)化系ⅲ
從實(shí)施例3獲得的t2代陽性擬南芥轉(zhuǎn)化植株與親本(野生型col-0)在擬南芥生長間中一起培育(16小時(shí)光照/8小時(shí)黑暗的光周期,光強(qiáng)為120-μmol/m2·s),直至轉(zhuǎn)基因植株開花。如圖6所示,其中左圖為轉(zhuǎn)基因植株,右圖為對照。圖6顯示芝麻開花基因sicol1轉(zhuǎn)化擬南芥,導(dǎo)致擬南芥對光周期敏感度增強(qiáng),開花提前1周。說明芝麻sicol1基因具有開花活性,可以促進(jìn)植物開花。
實(shí)施例8:芝麻開花基因sicol2促進(jìn)擬南芥開花——轉(zhuǎn)化系ⅰ
從實(shí)施例3獲得的t2代陽性擬南芥轉(zhuǎn)化植株與親本(野生型col-0)在擬南芥生長間中一起培育(16小時(shí)光照/8小時(shí)黑暗的光周期,光強(qiáng)為120-μmol/m2·s),直至轉(zhuǎn)基因植株開花。如圖7所示,其中左圖為轉(zhuǎn)基因植株,右圖為對照。圖7顯示芝麻開花基因sicol2轉(zhuǎn)化擬南芥,導(dǎo)致擬南芥對光周期敏感度增強(qiáng),開花提前1周。說明芝麻sicol2基因具有開花活性,可以促進(jìn)植物開花。
實(shí)施例9:芝麻開花基因sicol2促進(jìn)擬南芥開花——轉(zhuǎn)化系ⅱ
從實(shí)施例3獲得的t2代陽性擬南芥轉(zhuǎn)化植株與親本(野生型col-0)在擬南芥生長間中一起培育(16小時(shí)光照/8小時(shí)黑暗的光周期,光強(qiáng)為120-μmol/m2·s),直至轉(zhuǎn)基因植株開花。如圖8所示,其中左圖為轉(zhuǎn)基因植株,右圖為對照。圖8顯示芝麻開花基因sicol2轉(zhuǎn)化擬南芥,導(dǎo)致擬南芥對光周期敏感度增強(qiáng),開花提前1周。說明芝麻sicol2基因具有開花活性,可以促進(jìn)植物開花。
實(shí)施例10:芝麻開花基因sicol2促進(jìn)擬南芥開花——轉(zhuǎn)化系ⅲ
從實(shí)施例3獲得的t2代陽性擬南芥轉(zhuǎn)化植株與親本(野生型col-0)在擬南芥生長間中一起培育(16小時(shí)光照/8小時(shí)黑暗的光周期,光強(qiáng)為120-μmol/m2·s),直至轉(zhuǎn)基因植株開花。如圖9所示,其中左圖為轉(zhuǎn)基因植株,右圖為對照。圖9顯示芝麻開花基因sicol2轉(zhuǎn)化擬南芥,導(dǎo)致擬南芥對光周期敏感度增強(qiáng),開花提前1周。說明芝麻sicol2基因具有開花活性,可以促進(jìn)植物開花。
實(shí)施例11:芝麻開花基因sicol1和sicol2在芝麻葉片中表達(dá)量較高
以actin7基因作為內(nèi)參基因,通過實(shí)時(shí)熒光定量pcr檢測芝麻開花基因sicol1和sicol2在芝麻品種“中芝13”的根、莖、葉、蒴果和種子中的表達(dá)。如圖10所示,sicol1和sicol2均在芝麻葉片中高表達(dá)。擴(kuò)增actin7的正向引物和反向引物序列分別為:ggaaccaccactgaggacaat(seqidno.13所示)和acaggagctagaaacagcaaaga(seqidno.14所示);擴(kuò)增sicol1的正向引物和反向引物序列分別為:aagcaacgacgataatggga(seqidno.15所示)和ctgacacgaattgtagtaatcaagg(seqidno.16所示);擴(kuò)增sicol2的正向引物和反向引物序列分別為:ctccaatccaggtgccgact(seqidno.17所示)和aacatctgctccacttcgact(seqidno.18所示)。
實(shí)施例12:芝麻開花基因sicol1和sicol2在現(xiàn)蕾前的芝麻葉片中表達(dá)量最高
利用實(shí)施例11中的引物,以actin7基因作為內(nèi)參基因,通過實(shí)時(shí)熒光定量pcr檢測芝麻開花基因sicol1和sicol2在芝麻品種“中芝13”不同時(shí)期葉片中的表達(dá)情況,包括播種后14天、21天、28天、30天、33天、36天、38天、40天和50天的芝麻植株。其中,30天和40天分別為芝麻植株出現(xiàn)花蕾和開花的時(shí)期。如圖11所示,芝麻sicol1和sicol2基因在播種后28天表達(dá)量最高,即現(xiàn)蕾前表達(dá)量最高;表明sicol1和sicol2基因可能具有決定芝麻開花的功能。
實(shí)施例13:芝麻開花基因sicol1和sicol2在長、短光照條件下節(jié)律性表達(dá)
利用實(shí)施例11中的引物,以actin7基因作為內(nèi)參基因,通過實(shí)時(shí)熒光定量pcr檢測芝麻開花基因sicol1和sicol2在長、短光照處理?xiàng)l件下的芝麻品種“中芝13”葉片中的表達(dá)水平。短光照處理?xiàng)l件為播種后14天開始每天從8點(diǎn)到17點(diǎn)光照處理9小時(shí),直至開花。長光照處理?xiàng)l件為播種后14天每天從5點(diǎn)到19點(diǎn)光照處理14個(gè)小時(shí)。如圖12所示,芝麻sicol1和sicol2基因在長、短光照條件下,均在4點(diǎn)表達(dá)量最高;芝麻sicol1和sicol2基因在長、短光照條件下,分別在0點(diǎn)和16點(diǎn)表達(dá)量最低;表明sicol1和sicol2基因受到光周期調(diào)控,呈現(xiàn)晝夜節(jié)律表達(dá)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
序列表
<110>中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所
<120>芝麻sicol1和sicol2基因及其應(yīng)用
<160>8
<170>patentinversion3.5
<210>1
<211>1065
<212>dna
<213>芝麻(sesamumindicuml.)
<400>1
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<211>999
<212>dna
<213>芝麻(sesamumindicuml.)
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