本发明专利技术公开了玉米中调节器官大小的与拟南芥ＡＲＧＯＳ同源的基因ＺｍＡｌ１及应用，属于分子生物学和生物技术领域。首次从玉米中分离得到拟南芥器官大小控制基因ＡＲＧＯＳ同源基因的全编码区ｃＤＮＡ，并命名为ＺｍＡＬ１（Ｚｅａ ｍａｙｓ ＡＲＧＯＳ Ｌｉｋｅ ｇｅｎｅ １）基因。构建正义表达载体，利用农杆菌侵染法转化拟南芥，转基因植株侧生器官较之对照明显增大。该基因可用于作物转基因育种，提高作物生物产量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及玉米中调节器官大小的与拟南芥^及GOS同源的基因Z""〃 及应用，属于分子生物学和生物
技术介绍
玉米是我国重要粮食作物和经济作物，玉米单株籽粒数和粒重与玉米产 量关系重大，经典遗传学和育种学将以上两个指标归结为微效多基因控制的 数量性状。长期以来，经典遗传学和育种学将以上两个指标归结为微效多基 因控制的数量性状(QT)。育种学家因此努力通过杂交手段集中较多的数量性 状座位(QTLs),来达到增加玉米产量性状的目的。随着分子生物学和基因组学的发展，现代遗传学和分子育种学已逐渐被 应用于作物产量和品质性状的改良。育种学家希望对传统作物QTLs的分子标 记和定位，来逐渐接近并最终找到与性状相关性最大的座位或候选基因，或 称之为主效基因，进而通过基因工程等农业生物技术手段改良作物，以縮短 育种周期，加速获得新种质或品种。转基因育种技术被认为是未来玉米育种的主要发展趋势和方向，转基因 玉米已成为仅次于大豆的第二大转基因作物。美国转基因玉米面积己由1996 年占玉米总种植面积的4%增至2005年的50%左右，生物科技应用于美国玉 米生产不仅大幅度提高了玉米产量，而且还降低了杀虫剂和除草剂的用量。 我国的玉米育种工作者也利用转基因技术将外源基因导入玉米获得了高蛋白高赖氨酸含量的优质玉米，创造了巨大的经济效益和社会效益。模式生物拟南芥、水稻、苜蓿等基因组序列的破译，为利用作物自身的 基因而不引进外源性基因以对产量品质等进行改良，继而研制生物安全性高 的"绿色遗传改造食品"提供了强有力的平台。通常采用的技术路线，其一 是直接利用模式植物的某些功能基因，把它们移植到需改良目的作物中，这比用病毒或其他微生物的基因要安全得多；其二是以模式植物为参照系，参 照其基因位点，利用各种分子标记和比较基因组学手段，在目的作物中找到 相应基因(如抗病虫害或高产)，"就地取材"的改造作物。植物体的器官大小是构成植物生物产量的重要因素，植物器官的增大或 减小往往导致植物体生物产量产生相应的增减。不仅植物的生物产量是农业 生产关注的首要目标，而且植物特定器官的增大也是园艺花卉等产业关心的 重要性状。越来越多的研究发现，植物体器官的大小由细胞增殖引起的细胞数量变 化和细胞生长引起的细胞体积的变化所决定。虽然植物体存在着内在的发育 机制调节着细胞数量和细胞体积的动态平衡并以此严格的控制着植物器官的 体积，但许多研究也显示细胞数目的变化是影响植物器官大小的关键因素， 体积较大的器官往往含有更多的细胞，对突变体W,vve/戸妙和^朋to"c^ 的研究也发现细胞数目的增减导致了器官的体积发生了相应变化。植物器官由起源于顶端或侧生分生组织的器官原基发育而来，器官的生 长、细胞数目的增多依赖于器官内部分生组织细胞持续交互的分裂，因此植 物器官细胞分生能力显得尤为关键。拟南芥^AT基因编码一个Ap2结构域的 转录因子，可以通过维持D类细胞周期蛋白表达而增强细胞的持续分裂能力，过量表达^vr基因导致细胞的增殖和器官的增大。新近的研究发现，拟南芥 器官大小控制基因^及GOS基因是一个作用于^vr上游的植物所特有的基因，参与生长素信号转导途径，并影响器官的发育。过量表达拟南芥^ GOS基因 可以导致^Vr基因和D类细胞周期蛋白Q^/3;/基因的转录水平提高和表达 时间延长，同时增强了细胞的增殖能力。相应的，过量表达^i G05基因的拟南芥植株表现出了因细胞数目增多而导致的器官增大，其鲜重相对于对照植株增加50%~120°/。，植株角果内种子数目比对照植株增加20%以上，这种表 型与人们所关心的作物产量性状密切相关。WGOS基因为植物所特有并仅在模式植物拟南芥中克隆得到，GeneBank中基因组数据库内仅有类似的水稻基因组序列，玉米中是否也有类似的同源序列还是未知的。
技术实现思路
本专利技术首次从玉米(Zea ma")中分离得到与拟南芥(^ra/)!V/c;p^ Aa/^加) 器官大小控制基因^ GOS同源基因的全编码区cDNA，并命名为ZmJ丄7( 巡^s4及GOS^汰e^"e丄)基因。构建正义表达载体，利用农杆菌侵染法转化 拟南芥，转基因植株侧生器官较之对照明显增大。该基因可用于作物转基因 育种，提高作物生物产量。本专利技术Z^4丄7基因的全长cDNA为539 bp (SEQ ID NO.l),其中开放 阅读框部分为318 bp,由此推得具有105个氨基酸的一段序列(SEQ ID N0.2)， 将此氨基酸序列在国际基因库中进行检索，表明与已发表的拟南芥ARGOS 蛋白以及水稻基因组序列中推导的同源蛋白相比，氨基酸同源性分别为 31.90%和64.29%,并具有类似的富含亮氨酸和脯氨酸结构域(见附图1), 表明本专利技术克隆得到了玉米内编码ARGOS基因的同源基因。利用过量表达策略，将本专利技术ZmJ丄/基因转化拟南芥，将筛选出的转基 因植株与未转基因的野生型植株同时种植。结果显示，与野生型植株相比， 转基因植株侧生器官(如叶片)明显增大，表明转基因植株具有较高生物产 量(见附图4-6)。本专利技术从玉米中分离出编码拟南芥^ G05同源基因的Zm^〃基因，这 在国内外尚属首例。该基因过量表达能导致转基因拟南芥的生物产量较未转 基因的显著提高。玉米作为重要的粮食作物和经济作物，该基因在玉米或其 它植物中表达，将会提高其生物产量，从而提高其产量，具有非常重要的经 济效益和社会效益。 附图说明图1拟南芥及水稻ARGOS氨基酸序列和玉米中由ZmJZJ基因推断的氨 基酸序列同源性比对结果。其中相同的氨基酸残基用涂黑表示。Genebank的 登记号及其物种的来源如下^4及GOS(拟南芥，AY305869), OW及GOS(水 稻，DQ641272)。图2半定量法表示玉米ZmAll基因在生长15天玉米根、茎、叶中的表达 情况。图3半定量法表示拟南芥野生型对照与转ZmAll基因拟南芥株系(M4-3 和M2-9，过量表达ZmAll)的Zm^/基因表达情况。图4相同条件下生长2个月的转ZmAll基因拟南芥株系(M4-3和M2-9， 过量表达ZmAll)与野生型拟南芥对照的长势对比。图5相同条件下转ZmAll基因拟南芥株系(M4-3和M2-9,过量表达 ZmAll)与野生型拟南芥对照的果荚大小对比。图6转ZmAll基因拟南芥株系(M4-3和M2-9，过量表达ZmAll与野 生型拟南芥对照的千粒重对比。 具体实施例方式一、玉米中与拟南芥^^05>同源的基因2附^//的克隆(1) RNA的提取釆用CTAB法或RNAkit提取总RNA。(2) DNA第一条链的合成取ling总RNA，加入5 X反应缓冲液4 pl， 10 mM脱氧核糖核酸(dNTP) 2|iil，核糖核酸酶抑制剂(40-200u/^il) 0.5^1， 引物oligodT(l fig/inl)1 ^U，反转录酶(10u/|iil) 2|iil， 42。C条件下反应60分 钟，然后在85。C条件下，放置IO分钟，终止反应。(3) PCR反应:根据PCR反应要求设计扩增玉米中与拟南芥/A尺GOS同源的基因的引物 如下正向引物5'-TTCACATTACACTCATGACT誦3' 正向引物5'國TTCGAC本文档来自技高网...
【技术保护点】
玉米中调节器官大小的与拟南芥ＡＲＧＯＳ同源的基因ＺｍＡ１１，其特征在于，该ＺｍＡＬ１基因的全长ｃＤＮＡ为５３９ｂｐ的序列，其中开放阅读框部分为３１８ｂｐ，ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋平，李新国，郭峰，徐平丽，孟静静，毕玉平，
申请(专利权)人：山东省农业科学院高新技术研究中心，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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