一种调控水稻赤霉素合成的转录因子基因OsHOX4及其应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程技术领域。具体涉及一种调控水稻赤霉素合成的ＤＮＡ片段（基因）的分离克隆、功能验证和应用。所述的基因ＯｓＨＯＸ４与水稻赤霉素合成有关。将该基因的完整翻译序列（Ｃｏｄｉｎｇ　　ｓｅｑｕｅｎｃｅ）与花椰菜花叶病毒启动子（ＣａＭＶ３５Ｓ）结合后直接转入水稻，转基因植株明显比野生型对照植株矮；在外源赤霉素（ＧＡ３）作用下，转基因植株株高可恢复正常，进一步的分析发现，转基因植株内赤霉素氧化酶基因（ＯｓＧＡ３ｏｘ２）的表达受到了抑制。表明ＯｓＨＯＸ４能够调控ＯｓＧＡ３ｏｘ２的表达进而控制赤霉素的合成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新植物
，具体涉及水稻的基因工程
分离得到一种调控水稻赤霉素合成的转录因子基因OsHOX4、对该基因进行功能验证及其在转基因水稻上应用。
技术介绍
赤霉素(GA)属于双萜类化合物，现从高等植物和微生物中分离出70余种。所有的赤霉素在化学结构上都具有共同的基本骨架，即赤霉烷，并且都含有羧基，故呈酸性。各种赤霉素之间结构的差异主要在于双键、羟基数目和位置不同。 在高等植物中，几乎所有的组织、器官都含有赤霉素，但普遍含量甚微，往往在生长旺盛的部位含量较高。植物体内合成赤霉素的主要部位是营养芽、幼叶、幼根和未成熟的种子、胚等幼嫩器官。 赤霉素最典型的生理作用是在低的浓度下刺激茎的伸长生长，使植株明显增高。赤霉素还能打破种子的休眠促进发芽、促进开花和结果以及诱导α-淀粉酶的形成等。不同的赤霉素对植物的生理效应也有一定的差异，生理活性最强的赤霉素为GA1和GA4，其生物合成是通过牦牛儿焦磷酸(GGPP)途径合成而来(Hedden and Kamiya，Gibberellin biosynthesisenzymes，genes and their regulation.Annu Rev PlantPhysiol Plant Mol Biol.1997，48431-460；Heden and Pillips，Gibberellin metabolismnewinsights revealed by the genes.Trends Plant Sci.2000，5523-530)。具体过程是，在内根-贝壳杉烯合成酶的作用下从牦牛儿焦磷酸(GGPP)首先合成内根-贝壳杉烯；然后在细胞色素P450催化下，内根-贝壳杉烯转化成GA12醛；最后，GA12醛在双加氧酶的作用下氧化成为具有生物活性的GA。在水稻中，参与赤霉素早期合成的氧化酶基因(如CPS，KS，KO和KAO)主要由单基因编码，而参与赤霉素后期合成的氧化酶基因(如GA20ox，GA3ox和GA2ox)则由家族基因编码(Satkamoto等，An overview of gibberellinmetabolism enzyme genes and their related mutants in rice.Plant Physiol.2004，Apr；134(4)1642-53)。其中GA20ox和GA3ox负责合成有生物活性的GA成分，而GA2ox则将这些活性GA成分在一定的发育阶段分解代谢掉，以维持体内相对平衡的GA成分和机体的正常生命活动。 GA合成受阻以后，反应在植物表型上最典型的特征是植株矮化。目前已有一批水稻赤霉素缺失突变体被鉴定出来。水稻中首先被鉴定出来的赤霉素缺失突变体是D18的缺失突变体，D18编码赤霉素合成中的氧化酶基因OsGA3ox2，D18功能缺失以后引起水稻半矮突变(Itoh H等，Cloning and functional analysisof gibberellin 3β-hydroxylase genes that are differently expressed during the growth of rice.Proc Natl Acad Sci USA.2001，988909-8914)。另外一个是SD1(Semi-Dwarf1)基因，SD1编码赤霉素合成中的氧化酶基因OsGA20ox2，SD1功能缺失以后也引起水稻半矮突变(Sasaki等A mutantgibberellin-synthesis gene in rice.Nature.2002，416701-702)。此外还有一个半矮基因是D35，编码赤霉素合成中的氧化酶基因OsKO2，其功能缺失突变体也表现为半矮突变(ItohH等，A rice semi-dwarfgene，Tan-Ginbozu(D35)，encodes the gibberellin biosynthesis enzyme，ent-kaurene oxidase.PlantMol Biol.2004，Mar；54(4)533-47)。这三个基因因为能控制株高的生长发育而被誉为水稻中的绿色革命基因。 赤霉素氧化酶基因的表达也要受到很多转录因子的调控，如烟草中的RSG基因可以调控GA3氧化酶基因的表达(Jutarou Fukazawa等，REPRESSION OF SHOOT GROWTH，a bZIP Transcriptional Activator，Regulates Cell Elongation by Controlling the Level of Gibberellins.Plant Cell，2000，Vol.12，901-915)。中国专利技术专利申请公开说明书(公开号CN 1566147A)公开了一种调控赤霉素生成的转录因子及其编码的基因与应用，该转录调控因子命名为GPBF，来源于玉米，但是它没有转化玉米本身，而是转化拟南芥。在植物种属的分类上，拟南芥是双子叶植物而玉米是单子叶植物，因此该基因是否能够转化玉米并调控玉米植物的赤霉素的合成，其功能尚待进一步研究。本专利技术找到了一个来源于水稻并能调控水稻赤霉素合成的转录因子基因，这个基因在超量表达以后能够降低其调控的内源赤霉素氧化酶基因的表达，从而降低植物体内赤霉素的水平，并最终引起植株的矮化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种调控赤霉素合成的转录因子，通过转化水稻本身，培育一种能够调控赤霉素合成的转基因水稻。 本专利技术通过以下技术方案实现本专利技术从水稻中分离得到一种调控植物赤霉素合成的转录因子基因OsHOX4，它是下列核苷酸序列之一1)序列表SEQNO1中第340-1173所示的DNA序列；或2)编码与1)编码的蛋白质相同的蛋白质的DNA序列。 本专利技术的转录因子OsHOX4的编码基因(SEQ ID NO1)来源于水稻，由1500个碱基组成，其推测的蛋白质编码序列有834个碱基，是序列1自5’端第340位碱基到1173位碱基组成。 所述的基因OsHOX4与水稻赤霉素合成有关。将该基因的完整编码序列(Coding sequence)与花椰菜花叶病毒启动子CaMV35S结合后直接转入水稻，转基因植株株高明显比野生型对照植株株高要矮；在外源赤霉素(GA3)作用下，转基因植株的株高可恢复正常。进一步的分析发现，本专利技术的转基因植株内赤霉素氧化酶基因(OsGA3ox2)的表达受到了抑制，表明本专利技术转录因子基因OsHOX4能够调控OsGA3ox2的表达。 赋予植物调控赤霉素合成能力的DNA序列，它是与SEQ ID NO1中第340-1173位所示DNA序列相似性在85％以上且能调控与赤霉素氧化酶基因OsGA3ox2表达的同源DNA序列。 如附图2所示，本专利技术构建了一种超表达载体pDS1301，获得转化载体pDS1301-HOX4。利用该转化载体转化水稻品种“日本晴”(一种粳稻亚种)，得到转基因水稻植株。 具体操作步骤如下(1)利用农杆菌介导的转基因方法将所述的基因OsHOX4导入水稻受体，获得转化植株；(2)借助PCR方法分析鉴定阳性转基因植株；(3)将步骤(2)的转基因植株进行大田种植本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控植物赤霉素合成的转录因子基因ＯｓＨＯＸ４，它是下列核苷酸序列之一：１）序列表ＳＥＱＮＯ：１中第３４０－１１７３所示的ＤＮＡ序列；或２）编码与１）编码的蛋白质相同的蛋白质的ＤＮＡ序列。

【技术特征摘要】
1.一种调控植物赤霉素合成的转录因子基因OsHOX4，它是下列核苷酸序列之一1)序列表SEQ NO1中第340-1173所示的DNA序列；或2)编码与1)编码的蛋白质相同的蛋白质的DNA序列。2.赋予植物调控赤霉素合成能力的DNA序列，它是与SEQ ID NO1中第34...

【专利技术属性】
技术研发人员：代明球，周道绣，张启发，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]