改良植物根系和產(chǎn)量的相關(guān)蛋白TaMOR-D及其編碼基因與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于植物基因工程領(lǐng)域，尤其設(shè)及改良植物根系和產(chǎn)量的相關(guān)蛋白 TaMOR-D及其編碼基因與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 糧食問(wèn)題是關(guān)乎國(guó)家安全的頭等大事，但是全球氣候變暖及其他環(huán)境因素變化導(dǎo) 致全球范圍內(nèi)糧食大量減產(chǎn)，使糧食供給減少，局部地區(qū)因糧食短缺引發(fā)動(dòng)蕩。同時(shí)全球人 口不斷增加，消費(fèi)需求加上生物能源需求增加，使得糧食需求大增。所W糧食增產(chǎn)問(wèn)題是全 球農(nóng)業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。
[0003] 根系在水分和養(yǎng)分?jǐn)z取，支撐植株生長(zhǎng)和根系微環(huán)境建立等方面起重要作用。根 系改良越來(lái)越被認(rèn)同是作物改良的一種有效手段。根系的生長(zhǎng)發(fā)育受到一系列基因的調(diào) 節(jié)。明確根系生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制，將為根系基因工程研究和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。研究表 明，把分子遺傳學(xué)和遺傳工程研究相結(jié)合，將有助于基因發(fā)掘和作物改良，從而達(dá)到增產(chǎn)的 目的。
[0004] 因此，利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，發(fā)掘根系形態(tài)建成相關(guān)基因，通過(guò)基因工程改良根 系，對(duì)糧食增產(chǎn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改良植物根系和產(chǎn)量的相關(guān)蛋白TaMOR-D及其編 碼基因與應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明提供的蛋白質(zhì)，命名為TaMOR蛋白，來(lái)源于小麥（TriticumaestivumL.) 品種旱選10號(hào)，是如下a)或b)的蛋白質(zhì)：
[0007] a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；
[000引b)將序列表中序列2的氨基酸序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失 和/或添加且具有相同功能的由a)衍生的蛋白質(zhì)。
[0009] 為了便于上述（a)中所示蛋白質(zhì)的純化，可在由序列表中序列1的氨基酸殘基序 列組成的蛋白質(zhì)的氨基末端或簇基末端連接上如下表所示的標(biāo)簽。
[0010] 表1:柄簽的序列
[0011]
[0012]
[0013] 上述化）中的蛋白質(zhì)可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進(jìn)行生物表達(dá)得到。 上述化）中的蛋白質(zhì)的編碼基因可通過(guò)將序列表中序列4、序列5和序列6所示的DNA序列 中缺失一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的密碼子，和/或進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)的錯(cuò)義突變。
[0014] 編碼所述蛋白質(zhì)的DNA分子也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[001引 上述DNA分子為如下1)-5)中任一種的DNA分子：
[001引 1)編碼區(qū)為序列表中序列1所示的DNA分子；
[0017] 2)編碼區(qū)為序列表中序列1第14-739位所示的DNA分子；
[001引扣編碼區(qū)為序列表中序列1第14-742位所示的DNA分子；4)與1)或?；蚩巯薅?的DNA序列至少具有70 %、至少具有75 %、至少具有80 %、至少具有85 %、至少具有90 %、 至少具有95 %、至少具有96 %、至少具有97 %、至少具有98 %或至少具有99 %同源性且編 碼權(quán)利要求1所述蛋白質(zhì)的DNA分子；
[0019] 5)在嚴(yán)格條件下與1)或2)或3)限定的DNA序列雜交且編碼上述蛋白質(zhì)的DNA 分子。
[0020] 其中，序列1由926個(gè)核巧酸組成，第14-742位為0RF，編碼序列表中序列2所示 的蛋白質(zhì)。
[0021] 含有上述DNA分子的重組載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系、重組菌或重組病毒也屬于 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022] 所述重組載體可為重組表達(dá)載體，也可為重組克隆載體。
[0023] 所述重組表達(dá)載體可用現(xiàn)有的植物表達(dá)載體構(gòu)建。所述植物表達(dá)載體包括雙元 農(nóng)桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等，如pGreen0029、PCAMBIA3301、PCAMBIA1300、 pCUbi1390、PBI121、地inl9、PCAMBIA2301、pCAMBIA1301-UbiN或其它衍生植物表達(dá)載體。 所述植物表達(dá)載體還可包含外源基因的3'端非翻譯區(qū)域，即包含聚腺巧酸信號(hào)和任何其它 參與mRNA加工或基因表達(dá)的DNA片段。所述聚腺巧酸信號(hào)可引導(dǎo)聚腺巧酸加入到mRNA前 體的3'端。使用所述基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時(shí)，在其轉(zhuǎn)錄起始核巧酸前可加上任何一種增 強(qiáng)型、組成型、組織特異型或誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，例如花挪菜花葉病毒（CAMV)35S啟動(dòng)子、泛素 基因化iquitin啟動(dòng)子（P化i)、脅迫誘導(dǎo)型啟動(dòng)子rd29A等，它們可單獨(dú)使用或與其它的 植物啟動(dòng)子結(jié)合使用；此外，使用本發(fā)明的基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時(shí)，還可使用增強(qiáng)子，包 括翻譯增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子，運(yùn)些增強(qiáng)子區(qū)域可W是ATG起始密碼子或鄰接區(qū)域起始密碼 子等，但必需與編碼序列的閱讀框相同，W保證整個(gè)序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號(hào)和 起始密碼子的來(lái)源是廣泛的，可W是天然的，也可W是合成的。翻譯起始區(qū)域可W來(lái)自轉(zhuǎn)錄 起始區(qū)域或結(jié)構(gòu)基因。為了便于對(duì)轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞或植物進(jìn)行鑒定及篩選，可對(duì)所用重組 表達(dá)載體進(jìn)行加工，如加入可在植物中表達(dá)的編碼可產(chǎn)生顏色變化的酶或發(fā)光化合物的基 因、具有抗性的抗生素標(biāo)記物或是抗化學(xué)試劑標(biāo)記基因等。
[0024] 在本發(fā)明中，所述重組表達(dá)載體中啟動(dòng)所述基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子具體為35S啟動(dòng) 子。
[00巧]更為具體的，所述重組表達(dá)載體為在PCAMBIA1300-GFP和pCUBi1390載體的多克 隆位點(diǎn)處插入所述基因后得到的重組質(zhì)粒。所述多克隆位點(diǎn)具體分別為Hindlll和Smal、 BamHI和Spel。
[0026] 所述表達(dá)盒由能夠啟動(dòng)所述基因表達(dá)的啟動(dòng)子，所述基因，W及轉(zhuǎn)錄終止序列組 成。
[0027] 上述蛋白質(zhì)或所述DNA分子或所述重組載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系、重組菌或重 組病毒在調(diào)控植物根系和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍：
[0028] 上述調(diào)控植物根系為提高植物側(cè)根、冠狀根數(shù)量和/或根干重；
[0029] 上述調(diào)控植物產(chǎn)量體現(xiàn)在提高植物單株粒數(shù)和/或單株產(chǎn)量。
[0030] 上述蛋白質(zhì)或所述DNA分子或所述重組載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系、重組菌或重 組病毒在培育高改良根系和/或高產(chǎn)量轉(zhuǎn)基因植物中的應(yīng)用也是本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031] 上述蛋白質(zhì)在作為轉(zhuǎn)錄因子中的應(yīng)用也是本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032] 上述應(yīng)用中，所述植物為單子葉植物或雙子葉植物；
[0033] 或所述植物為單子葉植物，所述單子葉植物具體為水稻；
[0034] 或所述植物為雙子葉植物，所述單子葉植物具體為擬南芥。
[0035] 本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種培育改良根系和/或高產(chǎn)量轉(zhuǎn)基因植物的方法，包 括如下步驟：將上述DNA分子導(dǎo)入目的植物，得到轉(zhuǎn)基因植物；
[0036] 所述轉(zhuǎn)基因植物具有如下1)-8)中至少一種表型：
[0037] 1)所述轉(zhuǎn)基因植物的根系改良；
[0038] 2)所述轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)量高于所述目的植物；
[0039] 3)所述轉(zhuǎn)基因植物的株高大于所述目的植物；
[0040] 4)所述轉(zhuǎn)基因植物的地上干重大于所述目的植物；
[0041] 5)所述轉(zhuǎn)基因植物的分葉數(shù)大于所述目的植物；
[0042] 6)所述轉(zhuǎn)基因植物的主穗長(zhǎng)大于所述目的植物；
[0043]7)所述轉(zhuǎn)基因植物的主莖直徑大于所述目的植物；
[0044] 8)所述轉(zhuǎn)基因植物的主穗一次枝梗數(shù)大于所述目的植物。
[0045] 上述方法中，所述轉(zhuǎn)基因植物的根系改良體現(xiàn)在如下A-C中至少一種：
[0046]A)所述轉(zhuǎn)基因植物的側(cè)根數(shù)大于所述目的植物；
[0047]B)所述轉(zhuǎn)基因植物的冠狀根數(shù)大于所述目的植物；
[004引 C)所述轉(zhuǎn)基因植物的根干重大于所述目的植物；
[0049] 所述轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)量高于所述目的植物體現(xiàn)在如下D和/或E:
[0050]D)所述轉(zhuǎn)基因植物的單株粒數(shù)大于所述目的植物；
[0051]巧所述轉(zhuǎn)基因植物的單株產(chǎn)量大于所述目的植物；
[0052] 所述植物為單子葉植物或雙子葉植物；
[0053] 或所述植物為單子葉植物，所述單子葉植物具體為水稻；實(shí)施例用的是野生型水 稻Kitaake。
[0054] 或所述植物為雙子葉植物，所述單子葉植物具體為擬南芥，實(shí)施例中用的是擬南 芥哥倫比亞ο型（Clo-0)。
[0055] 所述蛋白質(zhì)在作為轉(zhuǎn)錄因子中的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0056] 本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)證明了，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了新蛋白TaMOR-D，過(guò)表達(dá)TaMOR-D能有效改良 擬南芥根系，并且有效改良水稻根系、莖桿及其產(chǎn)量等性狀，證明TaMOR-D與植物的根系生 長(zhǎng)和單株產(chǎn)量有關(guān)，為培育高產(chǎn)量的轉(zhuǎn)基因植物提供基礎(chǔ)。。
【附圖說(shuō)明】
[0057] 圖1為TaMOR-D亞細(xì)胞定位示意圖；A、B分別為Confocal下觀察小麥原生質(zhì)體和 煙草葉片中TaMOR-D-GFP表達(dá)的情況。
[0058] 圖2為TaMOR-D蛋白全長(zhǎng)及其截?cái)嗟霓D(zhuǎn)錄激活活性檢測(cè)結(jié)果；A為TaMOR截?cái)嗍?意圖；B為TaMOR截?cái)噙B接到抓載體上轉(zhuǎn)化的酵母在缺陷培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況。
[0059] 圖3為TaMOR在小麥不同發(fā)育時(shí)期不同組織中的相對(duì)表達(dá)量；A和B分