本發(fā)明屬于生物
技術(shù)領(lǐng)域:
,具體涉及一種植物生長發(fā)育相關(guān)蛋白cnusmxy173及其編碼基因和應(yīng)用。
背景技術(shù):
:擬南芥(arabidopsisthaliana)是生物學(xué)研究的模式植物,屬于十字花科。深入研究擬南芥基因的功能將有助于改良作物的生物性狀。植物的生長發(fā)育要經(jīng)歷種子萌發(fā)、植株生長、花的產(chǎn)生、受粉受精、結(jié)實(shí)、衰老等階段,通過每一階段體內(nèi)都要發(fā)生不同的代謝變化,同時環(huán)境條件對其過程會發(fā)生顯著的影響。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說,植物的生長發(fā)育是與作物的品質(zhì)和產(chǎn)量緊密相關(guān)。維生素c(vitaminc,vc)即l-抗壞血酸。維生素c對人類和動物的生長發(fā)育是必不可少的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的是提供一種植物生長發(fā)育相關(guān)蛋白cnusmxy173及其編碼基因和應(yīng)用。本發(fā)明提供的蛋白質(zhì),來源于擬南芥(arabidopsisthaliana),命名為cnusmxy173蛋白,是如下(a)或(b)或(c)或(d):(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì);(b)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與植物生長發(fā)育相關(guān)的由序列1衍生的蛋白質(zhì);(c)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與植物抗壞血酸含量相關(guān)的由序列1衍生的蛋白質(zhì)。(d)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與植物抗蟲性相關(guān)的由序列1衍生的蛋白質(zhì)。為了使(b)或(c)或(d)中的蛋白質(zhì)便于純化和檢測,可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如表1所示的標(biāo)簽。表1標(biāo)簽的序列標(biāo)簽殘基序列poly-arg5-6(通常為5個)rrrrrpoly-his2-10(通常為6個)hhhhhhflag8dykddddkstrep-tagii8wshpqfekc-myc10eqkliseedl上述(b)或(c)或(d)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(b)或(c)或(d)中的蛋白質(zhì)的編碼基因可通過將序列表中序列2或序列3所示的dna序列中缺失一個或幾個氨基酸殘基的密碼子,和/或進(jìn)行一個或幾個堿基對的錯義突變,和/或在其5′端和/或3′端連上表1所示的標(biāo)簽的編碼序列得到。編碼cnusmxy173蛋白的基因(命名為cnusmxy173基因)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。cnusmxy173基因具體可為如下1)至9)中任一所述的dna分子:1)編碼區(qū)如序列表中序列2所示的dna分子;2)序列表中序列3第923-2475位核苷酸所示的dna分子;3)序列表中序列3所示的dna分子;4)在嚴(yán)格條件下與1)或2)或3)限定的dna序列雜交且編碼植物生長發(fā)育相關(guān)蛋白的dna分子;5)與1)或2)或3)限定的dna序列具有90%以上同源性且編碼植物生長發(fā)育相關(guān)蛋白的dna分子;6)在嚴(yán)格條件下與1)或2)或3)限定的dna序列雜交且編碼植物抗壞血酸含量相關(guān)蛋白的dna分子;7)與1)或2)或3)限定的dna序列具有90%以上同源性且編碼植物抗壞血酸含量相關(guān)蛋白的dna分子;8)在嚴(yán)格條件下與1)或2)或3)限定的dna序列雜交且編碼植物抗蟲相關(guān)蛋白的dna分子;9)與1)或2)或3)限定的dna序列具有90%以上同源性且編碼植物抗蟲相關(guān)蛋白的dna分子。上述嚴(yán)格條件可為用0.1×sspe(或0.1×ssc),0.1%sds的溶液,在dna或者rna雜交實(shí)驗(yàn)中65℃下雜交并洗膜。含有cnusmxy173基因的重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍??捎矛F(xiàn)有的表達(dá)載體構(gòu)建含有cnusmxy173基因的重組表達(dá)載體。所述表達(dá)載體包括雙元農(nóng)桿菌載體和可用于微彈轟擊的載體等。使用cnusmxy173基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時,可在其轉(zhuǎn)錄起始核苷酸前加上任何一種增強(qiáng)型、組成型、組織特異型或誘導(dǎo)型啟動子,它們可單獨(dú)使用或與其它的植物啟動子結(jié)合使用;此外,使用cnusmxy173基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時,還可使用增強(qiáng)子,包括翻譯增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子,這些增強(qiáng)子區(qū)域可以是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,以保證整個序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號和起始密碼子的來源是廣泛的,可以是天然的,也可以是合成的。翻譯起始區(qū)域可以來自轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域或結(jié)構(gòu)基因。為了便于對轉(zhuǎn)基因植物或轉(zhuǎn)基因微生物進(jìn)行鑒定及篩選,可對所用表達(dá)載體進(jìn)行加工,如加入在植物或微生物中表達(dá)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。從轉(zhuǎn)基因安全性考慮,可不加任何選擇性標(biāo)記基因,直接以表型篩選轉(zhuǎn)化植物或微生物。所述重組表達(dá)載體具體可為:以pbi121載體為出發(fā)載體,hindiii和xbai酶切位點(diǎn)之間插入序列表的序列5所示的dna分子(cnusmxy172啟動子),xbai和saci酶切位點(diǎn)之間插入序列表的序列2所示的dna分子(cnusmxy173基因的開放閱讀框)。本發(fā)明還保護(hù)cnusmxy173蛋白的應(yīng)用,為如下(d1)至(d10)中的至少一種:(d1)調(diào)控植物的花粉的萌發(fā);(d2)調(diào)控植物的花粉管的伸長;(d3)調(diào)控植物的雄性育性;(d4)調(diào)控植物的籽粒產(chǎn)量;(d5)調(diào)控植物的株高;(d6)調(diào)控植物的蓮座葉大小;(d7)調(diào)控植物的生長;(d8)調(diào)控植物的衰老;(d9)調(diào)控植物的抗壞血酸含量;(d10)調(diào)控植物的抗蟲性。所述抗蟲性具體可為對夜蛾的抗性,更具體可為對甜菜夜蛾的抗性。任一所述植物可為單子葉植物或雙子葉植物。所述雙子葉植物具體可為十字花科植物,更具體可為擬南芥,更具體可為哥倫比亞生態(tài)型擬南芥或cnusmxy173純合突變體。本發(fā)明還保護(hù)一種制備轉(zhuǎn)基因植物的方法,包括如下步驟:抑制出發(fā)植物中cnusmxy173基因的表達(dá),得到轉(zhuǎn)基因植物;與所述出發(fā)植物相比,所述轉(zhuǎn)基因植物具有如下(f1)至(f8)中的至少一種表型:(f1)花粉萌發(fā)率降低;(f2)花粉管變短;(f3)雄性育性降低;(f4)籽粒數(shù)量減少;(f5)株高變矮;(f6)蓮座葉變??;(f7)抗壞血酸含量降低;(f8)抗蟲性增加。所述抗蟲性具體可為對夜蛾的抗性,更具體可為對甜菜夜蛾的抗性。所述出發(fā)植物可為單子葉植物或雙子葉植物。所述雙子葉植物具體可為十字花科植物,更具體可為擬南芥,更具體可為哥倫比亞生態(tài)型擬南芥。所述“抑制出發(fā)植物中cnusmxy173基因的表達(dá)”的實(shí)現(xiàn)方式為:在出發(fā)植物基因組dna中的序列表的序列3所示dna分子的第215位核苷酸與第216位核苷酸之間插入序列表的序列4所示的dna分子。本發(fā)明還保護(hù)一種制備轉(zhuǎn)基因植物的方法,包括如下步驟:在出發(fā)植物中導(dǎo)入cnusmxy173基因,得到轉(zhuǎn)基因植物;與所述出發(fā)植物相比,所述轉(zhuǎn)基因植物具有如下(g1)至(g8)中的至少一種表型:(g1)花粉萌發(fā)率增高;(g2)花粉管變長;(g3)雄性育性增強(qiáng);(g4)籽粒數(shù)量增多;(g5)株高變高;(g6)蓮座葉變大;(g7)抗壞血酸含量升高;(g8)抗蟲性降低。所述抗蟲性具體可為對夜蛾的抗性,更具體可為對甜菜夜蛾的抗性。所述出發(fā)植物可為單子葉植物或雙子葉植物。所述雙子葉植物具體可為十字花科植物,更具體可為擬南芥,更具體可為哥倫比亞生態(tài)型擬南芥或cnusmxy173純合突變體。所述cnusmxy173基因具體可通過以上任一所述重組表達(dá)載體導(dǎo)入所述目的植物。攜帶有cnusmxy173基因的重組表達(dá)載體可通過ti質(zhì)粒、ri質(zhì)粒、植物病毒載體、直接dna轉(zhuǎn)化、顯微注射、電導(dǎo)、農(nóng)桿菌介導(dǎo)等常規(guī)生物學(xué)方法轉(zhuǎn)化到出發(fā)植物中。以上任一所述cnusmxy173純合突變體可為:與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥相比,cnusmxy173純合突變體的兩條染色體均在cnusmxy173基因的5’utr區(qū)域發(fā)生同樣的插入突變(插入位置為基因組dna中的序列表的序列3所示dna分子的第215位核苷酸與第216位核苷酸之間,插入片段如序列表的序列4所示)。本發(fā)明有助于促進(jìn)人們對植物生長發(fā)育、植物中抗壞血酸合成以及植物抗蟲性的研究,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和市場價值。附圖說明圖1為哥倫比亞生態(tài)型擬南芥和cnusmxy173純合突變體中cnusmxy173基因的相對表達(dá)水平。圖2為顯微鏡下花粉萌發(fā)的照片。圖3為花粉萌發(fā)率。圖4為花粉管長度。圖5為顯微鏡下花粉管伸長情況的照片。圖6為角果的照片。圖7為每個角果中的種子數(shù)。圖8為在平行條件下培養(yǎng)的萌發(fā)50天的待測植株的照片。圖9為在平行條件下培養(yǎng)的萌發(fā)50天的待測植株的蓮座葉照片。圖10為植株中的抗壞血酸含量。圖11為單個幼蟲重量。具體實(shí)施方式以下的實(shí)施例便于更好地理解本發(fā)明,但并不限定本發(fā)明。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法,如無特殊說明,均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的試驗(yàn)材料,如無特殊說明,均為自常規(guī)生化試劑商店購買得到的。以下實(shí)施例中的定量試驗(yàn),均設(shè)置三次重復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)果取平均值。哥倫比亞生態(tài)型擬南芥(columbia-0):arabidopsisbiologicalresourcecenter(abrc),編號為cs6673。pbi121載體:clonetech公司。培養(yǎng)基質(zhì):將草炭土和蛭石等體積混合。提及甜菜夜蛾的文獻(xiàn):thebhlhsubgroupiiidfactorsnegativelyregulatejasmonate-mediatedplantdefenseanddevelopment.songs,qit,fanm,zhangx,gaoh,huangh,wud,guoh,xied.plosgenet.2013;9(7):e1003653.doi:10.1371/journal.pgen.1003653.epub2013jul25。cnusmxy173蛋白是本發(fā)明的發(fā)明人從哥倫比亞生態(tài)型擬南芥中發(fā)現(xiàn)的新蛋白,如序列表的序列1所示。編碼cnusmxy173蛋白的基因命名為cnusmxy173基因,其cdna中的開放閱讀框如序列表的序列2所示,其基因組dna中的序列如序列表的序列3所示(序列3中,第923-925位核苷酸為起始密碼子,第2473-2475位核苷酸為終止密碼子)。實(shí)施例1、gme純合突變體的獲得從擬南芥生物資源中心(arabidopsisbiologicalresourcecenter,abrc)獲取純合突變體(salk_008960)。經(jīng)全基因組測序,與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥相比,純合突變體的兩條染色體均在cnusmxy173基因的5’utr區(qū)域發(fā)生同樣的插入突變(插入位置為基因組dna中的序列表的序列3所示dna分子的第215位核苷酸與第216位核苷酸之間,插入片段如序列表的序列4所示),將該純合突變體命名為cnusmxy173純合突變體。分別提取哥倫比亞生態(tài)型擬南芥和cnusmxy173純合突變體的葉片的總rna,采用f1和r1組成的引物對通過real-timepcr檢測cnusmxy173基因的相對表達(dá)量。以哥倫比亞生態(tài)型擬南芥中cnusmxy173基因的相對表達(dá)量為1,哥倫比亞生態(tài)型擬南芥和cnusmxy173純合突變體中cnusmxy173基因的相對表達(dá)水平見圖1。f1:5’-ggagctggaggtttcattgc-3’;r1:5’-cgtaatgaccttcgtgcttcaa-3’。實(shí)施例2、回補(bǔ)植株的獲得一、構(gòu)建重組質(zhì)粒1、取哥倫比亞生態(tài)型擬南芥的葉片,提取基因組dna。2、以步驟1得到的基因組dna為模板,采用f2和r2組成的引物對進(jìn)行pcr擴(kuò)增,回收pcr擴(kuò)增產(chǎn)物。f2:5’-cccaagcttgatcaagatgactaatttaac-3’;r2:5’-ctagtctagatctacattaacaaaacaaatctg-3’。3、取步驟2得到的pcr擴(kuò)增產(chǎn)物,用限制性內(nèi)切酶hindiii和xbai進(jìn)行雙酶切,回收酶切產(chǎn)物。4、取pbi121載體,用限制性內(nèi)切酶hindiii和xbai進(jìn)行雙酶切,回收約13.9kb的載體骨架。5、將步驟3的酶切產(chǎn)物和步驟4的載體骨架連接,得到重組質(zhì)粒。6、取哥倫比亞生態(tài)型擬南芥的葉片,提取總rna并反轉(zhuǎn)錄為cdna。7、以步驟6得到的cdna為模板,采用f3和r3組成的引物對進(jìn)行pcr擴(kuò)增,回收pcr擴(kuò)增產(chǎn)物。f3:5’-tgctctagaatgggaactaccaatggaacag-3’;r3:5’-atcgagctctcactcttttccatcagccgc-3’。8、取步驟7得到的pcr擴(kuò)增產(chǎn)物,用限制性內(nèi)切酶xbai和saci進(jìn)行雙酶切,回收酶切產(chǎn)物。9、取步驟5得到的重組質(zhì)粒,用限制性內(nèi)切酶xbai和saci進(jìn)行雙酶切,回收約16.9kb的載體骨架。10、將步驟8的酶切產(chǎn)物和步驟9的載體骨架連接,得到重組質(zhì)粒pbi121-cnusmxy172。根據(jù)測序結(jié)果,對重組質(zhì)粒pbi121-cnusmxy172進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述如下:以pbi121載體為出發(fā)載體,hindiii和xbai酶切位點(diǎn)之間插入了序列表的序列5所示的dna分子(cnusmxy172啟動子),xbai和saci酶切位點(diǎn)之間插入了序列表的序列2所示的dna分子(cnusmxy173基因的開放閱讀框)。二、回補(bǔ)植株的獲得1、將重組質(zhì)粒pbi121-cnusmxy172導(dǎo)入農(nóng)桿菌gv3101,得到重組農(nóng)桿菌。2、取步驟1得到的重組農(nóng)桿菌,采用蘸花法對哥倫比亞生態(tài)型擬南芥進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化,然后培養(yǎng)植株(t0代植株),收獲種子,即為t0代植株的種子。3、將t0代植株的種子播種于含50mg/l卡那霉素的ms培養(yǎng)基平板上,可以萌發(fā)并正常生長的植株為抗生素陽性植株。4、抗生素陽性植株生長至4-6片葉子時,移栽到培養(yǎng)基質(zhì)中培養(yǎng)45天(培養(yǎng)條件:24℃,16小時光照/8小時黑暗)。5、完成步驟4后,分別取植株的葉片,提取基因組dna,采用f3和r3組成的引物對進(jìn)行pcr鑒定。如果得到約1152bp的擴(kuò)增產(chǎn)物,鑒定結(jié)果為陽性,該植株為轉(zhuǎn)基因植株。6、取步驟5得到的轉(zhuǎn)基因植株,自交并獲得后代植株。7、取步驟6得到的后代植株,提取基因組dna,采用f3和r3組成的引物對進(jìn)行pcr鑒定。如果得到約1152bp的擴(kuò)增產(chǎn)物且沒有得到1571bp的擴(kuò)增產(chǎn)物,該植株為純合的轉(zhuǎn)基因植株。將該純合的轉(zhuǎn)基因植株命名為回補(bǔ)植株。實(shí)施例3、性狀鑒定一、花粉萌發(fā)特性待測植株分別為:10株cnusmxy173純合突變體、10株哥倫比亞生態(tài)型擬南芥、10株回補(bǔ)植株。將待測植株的花粉涂于花粉萌發(fā)培養(yǎng)基上,22℃避光靜置培養(yǎng)10小時,然后在顯微鏡下觀察萌發(fā)情況并統(tǒng)計萌發(fā)率同時測量花粉管長度?;ǚ勖劝l(fā)培養(yǎng)基(ph7.5):含10g/100ml蔗糖、0.01g/100ml硼酸、1mmmgso4、5mmcacl2、5mmkcl、1.5g/100ml瓊脂,余量為水。顯微鏡下的照片見圖2?;ǚ勖劝l(fā)率(平均值)見圖3。cnusmxy173純合突變體的花粉萌發(fā)率為約65%,哥倫比亞生態(tài)型擬南芥的花粉萌發(fā)率為約80%,回補(bǔ)植株的花粉萌發(fā)率為約80%。結(jié)果表明,抑制cnusmxy173基因表達(dá)造成花粉萌發(fā)率下降,回補(bǔ)基因后花粉萌發(fā)率恢復(fù)?;ǚ酃荛L度(平均值)見圖4。二、花粉發(fā)育特性待測植株分別為:10株cnusmxy173純合突變體、10株哥倫比亞生態(tài)型擬南芥、10株回補(bǔ)植株。將待測植株的花粉授予哥倫比亞生態(tài)型擬南芥的柱頭上,24小時后在顯微鏡下觀察花粉管伸長情況。顯微鏡下的照片見圖5。哥倫比亞生態(tài)型擬南芥花粉的花粉管能夠正常伸長至子房底部。cnusmxy173純合突變體花粉的花粉管不能正常伸長,最多伸長到子房的中上部?;匮a(bǔ)植株花粉的花粉管能夠正常伸長至子房底部。三、果實(shí)特性待測植株分別為:10株cnusmxy173純合突變體、10株哥倫比亞生態(tài)型擬南芥、10株回補(bǔ)植株。將待測植株自體的花粉授予自體的柱頭上,正常培養(yǎng),觀察角果統(tǒng)計每個角果中的種子數(shù)。角果的照片見圖6。每個角果中的種子數(shù)(平均值)見圖7。哥倫比亞生態(tài)型擬南芥上的角果充滿種子。與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥上的角果相比,cnusmxy173純合突變體上的角果長度明顯變短,種子數(shù)量明顯減少。回補(bǔ)植株上的角果的外型以及種子數(shù)量與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥上的角果無顯著差異。四、生長特性待測植株分別為:10株cnusmxy173純合突變體、10株哥倫比亞生態(tài)型擬南芥、10株回補(bǔ)植株。在平行條件下培養(yǎng)的萌發(fā)50天的待測植株的照片見圖8。在平行條件下培養(yǎng)的萌發(fā)50天的待測植株的蓮座葉照片見圖9。哥倫比亞生態(tài)型擬南芥和回補(bǔ)植株的株高、蓮座葉表型均無顯著差異。與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥相比,cnusmxy173純合突變體株高顯著變小,蓮座葉直徑顯著變小,并且蓮座葉有早衰現(xiàn)象。實(shí)施例4、抗壞血酸含量檢測待測植株分別為:10株cnusmxy173純合突變體、10株哥倫比亞生態(tài)型擬南芥、10株回補(bǔ)植株。在平行條件下培養(yǎng)的萌發(fā)50天的待測植株,取全植株,檢測抗壞血酸含量(參考文獻(xiàn):analbiochem1995,225:165-167)。植株中的抗壞血酸含量(平均值)見圖10。哥倫比亞生態(tài)型擬南芥和回補(bǔ)植株的抗壞血酸含量無顯著差異。與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥相比,cnusmxy173純合突變體的抗壞血酸含量為三分之一以下。實(shí)施例5、抗蟲性鑒定待測植株分別為:10株cnusmxy173純合突變體、10株哥倫比亞生態(tài)型擬南芥、10株回補(bǔ)植株。將萌發(fā)5周的待測植株轉(zhuǎn)移至裝有培養(yǎng)基質(zhì)的花盆中,每個花盆1株,然后將剛孵化出的甜菜夜蛾幼蟲放在植株的葉片上(每個花盆放置6個甜菜夜蛾幼蟲),正常管理,6天后取植株上的甜菜夜蛾幼蟲并稱重。結(jié)果見圖11,縱坐標(biāo)為單個幼蟲重量(平均值)。與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥上的甜菜夜蛾幼蟲相比,回補(bǔ)植株上的甜菜夜蛾幼蟲重量沒有顯著差異。與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥上的甜菜夜蛾幼蟲相比,cnusmxy173純合突變體上的甜菜夜蛾幼蟲重量更低。結(jié)果表明,與哥倫比亞生態(tài)型擬南芥上的甜菜夜蛾幼蟲相比,cnusmxy173純合突變體上的甜菜夜蛾幼蟲生長更為緩慢,即抑制cnusmxy173基因表達(dá)可以增加植物對甜菜夜蛾的抗性。sequencelisting<110>首都師范大學(xué)<120>植物生長發(fā)育相關(guān)蛋白cnusmxy173及其編碼基因和應(yīng)用<130>gncyx171540<160>5<170>patentinversion3.5<210>1<211>377<212>prt<213>擬南芥(arabidopsisthaliana)<400>1metglythrthrasnglythrasptyrglyalatyrthrtyrlysglu151015leugluarggluglntyrtrpprosergluasnleulysileserile202530thrglyalaglyglypheilealaserhisilealaargargleulys354045hisgluglyhistyrvalilealaserasptrplyslysasngluhis505560metthrgluaspmetphecysaspgluphehisleuvalaspleuarg65707580valmetgluasncysleulysvalthrgluglyvalasphisvalphe859095asnleualaalaaspmetglyglymetglypheileglnserasnhis100105110servalilemettyrasnasnthrmetileserpheasnmetileglu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