本发明专利技术公开了一种CYP78A基因在增加玉米株高和增强植株长势中的应用，所述CYP78A基因编码的氨基酸序列为下列之一或具有75％以上同源性的氨基酸序列：SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3；本发明专利技术提供CYP78A基因的一种新应用，通过在玉米中过表达CYP78A基因，提高玉米的株高和生长势，进而提高玉米的生物量，并最终实现玉米增产；同时，作为一种改进，将CYP78A基因与TEL基因联合导入玉米植株，实现植株株高增加、叶片变宽、生长势增加、生物量增加，并且棒子变大、种子变大或变多的表型变化。
【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种CYP78A基因的应用，特别是在增加玉米株高和增强植株长势中的应用。(二)
技术介绍
随着人类对粮食的需求不断增加，高产作物的培育也越来越重要。转基因技术已经被广泛用来改良农作物的性状，如获得抗虫能力、抗除草剂能力、增强抗干旱、抗病能力等。高产也是转基因农作物改良的重要内容。例如，利用转基因表达一种植物的转录因子(Transcription factor)可以提高农作物的产量(U.S.Pat.No.7,598,529,4)。农作物产量是一个复杂的数量性状，受到很多基因的调控(Xing and Zhang,(2010)Annual Review of Plant Biology,61:421-442)。因此，研究和发掘有重大应用价值的新基因或者已知基因的新功能，并利用这些基因提高农作物产量仍然十分需要。20世纪50～60年代，中国的实践与株型理论相结合的第一个发展阶段是矮化育种，这个阶段的研究中心是作物的株高，通过降低株高使品种的耐肥、抗倒性和密植性显著增强，进而提高叶面积指数和生物产量，从而提高作物群体的产量。但是，随着株型理论研究的深入和生产实践发展，对株高有了新的认识，矮秆主要是提高了经济系数，生物产量并无明显变化，认为产量上要有较大的突破必须在生物产量上有大幅度的提高。适当增加一点株高，可以降低叶面积密度，有利于CO2扩散和中下部叶片的受光，对生物量和后期籽粒充实显然是有利的。同时也有研究证明，株高与生物量呈显著的正相关，尤其是在高产条件下关系更为密切，而生物量增加又是穗粒数和千粒重增加的物质基础。因此，发掘和利用株高调控基因是提高作物生物量和产量的一个重要途径。细胞色素P450是植物中最大的酶蛋白家族，在植物体内担当重要的功能。P450的主要特征是在所有结构已知的P450蛋白中都含有一个保守的血红素结合域，这个结构域含有保守的FxxGxRxCxG序列。P450具有广泛的催化活性，其催化的反应类型广泛而复杂，如烯基的环氧化反应，烷基的烃化作用，氮、硫、氧位的脱烷基作用，烃基的氧化作用，过氧化作用，脱硫作用，氧化性的碳-碳键断裂，氧化性脱氨、脱卤和脱氢等10多种。植物细胞色素P450的功能主要可归为两大类：1)参与生物合
成途径，2)参与生物解毒途径。参与生物合成途径的植物P450在苯丙烷类、生物碱、萜类、生菁糖苷类、植物激素等的合成中起重要作用(He et al.,(2008)Pharmaceutical Biotechnology,15:142-147)。CYP78A是P450家族的一个亚族，具有重要的功能(Bak et al.,(2011)The Arabidopsis Book/American Society of Plant Biologists,9:e0144)。植物CYP78A基因中，功能研究展开的比较早的是玉米中的CYP78A基因CYP78A1。该基因主要在发育的花序中表达，可能参与脂肪酸的代谢，但由于没有对应的突变体，CYP78A1在玉米中的具体功能尚不清楚(Imaishi et al.,(2000)Biosci Biotech Bioch,64:1696-1701)。拟南芥的cyp78a5/kluh(klu)突变体和水稻中的cyp78a11/plastochron1(pla1)突变体表现出叶片起始加快和器官变小等表型变化(Kawakatsu et al.,(2006)Plant Cell,18:612-625；Xiong et al.,(2006)Cell Research,16:267-276)。相反的，在拟南芥中过表达CYP78A5或者CYP78A9基因后植株的器官变大(Anastasiou et al.,(2007)Developmental Cell,13:843-856)。KURATA NORI等发现在水稻中过表达CYP78A11基因后，谷粒的大小和重量都增加，并对利用CYP78A11基因增加水稻粒重的方法申请了专利(日本专利No.2004-017246)。李云海等发现拟南芥中的CYP78A6基因和CYP78A9基因具有类似的调控种子大小的功能，并对利用CYP78A基因调控种子大小的方法申请了专利(U.S.Pat.No.PCT/GB2013/050072)。尽管已有的研究发现植物CYP78A基因具有调控叶片起始(Kawakatsu et al.,(2006)Plant Cell,18:612-625；Xiong et al.,(2006)Cell Research,16:267-276)和种子大小的功能(Anastasiou et al.,(2007)Developmental Cell,13:843-856；日本专利No.2004-017246；U.S.Pat.No.PCT/GB2013/050072)，但CYP78A在不同植物中的功效并不相同。特别是从水稻CYP78A的功能并不能推测出其对玉米的生长、发育和产量的影响。例如，以前在水稻上的相关研究并没有发现该基因显著增加植株高度和增强生长势方面的功能，而本专利技术首次公开了在玉米中提高CYP78A基因的表达可以增加株高、增强植株生长势。玉米的Mei2同源基因“terminal ear1”(ZmTE1)在植物的芽和根的分生组织中表达，失去ZmTE1基因功能的突变体玉米的叶片形态和叶片生长的空间结构发生变化，说明其可能参与决定植株叶片在茎干上生长的空间结构(Veit et al.,(1998)Nature,393:166-168)。水稻中的Mei2的同源基因OsTEL的功能和玉米ZmTE1相似。Kawakatsu等发现失去OsTEL基因(又称为PLA1)功能的水稻突变体的叶片形成速
度加快，叶片成熟速度加快，说明其具有调控叶片形成和叶片成熟的功能(Kawakatsu,et al.,(2006)Plant Cell,18:612-625)。最近，我们发现TEL基因具有调控植株生长势、种子大小或种子数量、产量等性状的功能。在植物中过表达TEL基因能使作物的生长势增强、种子变大或数量变多、产量增加(Internationl Pat.No.PCT/CN2012/087069)。本专利技术首次公开了同时利用CYP78A亚族蛋白质多肽和TEL多肽获得株高增加、生长势增强、棒子变大、生物量提高且产量增加的基因工程玉米的方法。(三)
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种CYP78A基因的新应用，具体为用于调控玉米株高和生长势的应用。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种CYP78A基因在增加玉米株高和增强植株长势中的应用。本专利技术提供的CYP78A蛋白可以是来自任何植物，优选自禾本科植物，比如自玉米、水稻、高粱或小麦，特别优选来自水稻或玉米。一般可以预见这些来自不同植物的同源蛋白具有相同或者相似的功能，因此同样可以利用这些基因改良植物的农艺性状。进一步，即使不能预见这些蛋白的功能，本领域的一般技术人员可以根据本专利技术提供的方法和现有技术测定它们是否具有促进植物生长和光合作用增强的功能。本专利技术最优选CYP78A基因为下列来源之一的基因或其同源序列(核苷酸同源性达85％以上)：玉米本文档来自技高网...
【技术保护点】
CYP78A基因在增加玉米株高和增强植株长势中的应用。
【技术特征摘要】
1.CYP78A基因在增加玉米株高和增强植株长势中的应用。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述CYP78A基因来源于禾本科植物。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述禾本科植物为玉米、水稻、高粱或小麦。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述CYP78A基因编码的氨基酸序列为下列之一或具有75％以上同源性的氨基酸序列：SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3。5.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述CYP78A基因的核苷酸序列为下列之一或具有85％以上同源性的核...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈志成，张先文，王东芳，
申请(专利权)人：杭州瑞丰生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。