URO基因及其用途制造技术

本发明专利技术提供一种拟南芥ＵＰＲＩＧＨＴ　　ＲＯＳＥＴＴＥ（ＵＲＯ）基因及其用途。通过调控该基因可降低植物中木质素含量和增加植物分枝数量。本发明专利技术还涉及该基因在降低植物木质素和增加植物分枝数量方面的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物学领域。具体而言，本专利技术涉及新的拟南芥UPRIGHTROSETTE(URO，叶片向上生长)基因及其用途。本专利技术还涉及降低植物中木质素含量或增加植物分枝数量的方法。此外，本专利技术还涉及一种改良植物的方法。
技术介绍
与可以移动的动物不同的是，植物的生长是原地不动的，所以植物的生长发育相对与动物来说具有一套更精细和更敏感的自我调节的发育调控机制。植物体形态结构的建成不仅受其内在调控机制的制约，还受到外界环境条件的影响，光照和温度给予植物发育自身调节的信号。植物激素在这一感应过程起到了重要的作用。拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为一种模式植物，是进行植株形态结构建成研究的理想材料，研究进展也很迅速。对于拟南芥植株的地上部分而言，其生长发育可以看成是由一个个的发育单位重复生长形成，这一发育单位由茎顶端组织发育而来，含有一片叶片、一段节间以及一个侧生分生组织。这一发育单位在拟南芥植株营养生长期形成莲座叶、莲座叶侧枝以及很短的节间；进入生殖生长后先形成茎生叶、茎生叶侧枝和长的节间；然后形成退化的叶、长的节间和终止生长的花器官。对拟南芥突变体的分析使我们对这一发育过程有了初步的了解。茎顶端分生组织是所有器官生长的来源，因此，调控茎顶端分生组织正常建立和分化的基因突变后植株都不能进行正常的生长发育，如CLV、WUS、STM等。对于拟南芥植株而言，其地上部分的形态结构建成还有赖于位于叶片叶腋处的侧生分生组织的正常建立和发育。侧枝的发育不仅在很大程度上影响了植物最终的形成结构建成，对于农作物而言还影响到其最终的产量。研究表明，拟南芥植株茎顶端分生组织的发育与侧生分生组织的发育有一定的共同调节机制，如REV基因的缺失不仅影响到茎顶端分生组织的发育，还特异的影响到侧生器官的发育。而对las4突变体的研究表明，侧生分生组织的发育与茎顶端分生组织发育有着不同的调控机制，LAS基因缺失的拟南芥突变体其茎顶端分生组织发育正常。LAS基因与西红柿中的LS基因同源，与水稻中的MOC基因也同源，表明在植物界中普遍存在着这一侧枝发育调控系统。但目前在拟南芥中只发现了很少的起到内在调控植株形态结构建成的基因。除了对内在调控机制有一定的了解外，人们对植物形态结构建成的外在调控信号也有了一定的认识。植物能敏感的感应外界环境的变化，植物激素如生长素在其中起到了重要的调控作用。早在1934年Thimann和Skoog就发现植物的顶端优势是由植物激素生长素介导的，后期的许多生理实验也证明生长素在植物的各个发育过程都起到了重要的作用。生长素的含量、信号传递以及极性运输都为植物的正常生长发育提供了信号。早期的顶端优势理论就认为，生长素能在植株的茎顶端合成，向下进行极性运输后抑制侧生分生组织的进一步发育。但随着研究的深入，人们发现在拟南芥植株中，生长素对植物顶端优势的调控作用不是直接的，近期的新发现表明，在植物体中存在一类新的类胡萝上素类的衍生物在顶端优势的调控中起到重要的作用。虽然目前仍未发现植物中的生长素受体，但通过不同的方法，研究者对生长素指导生长发育的信号传递过程还是有了一定的认识。信号传递过程中的AUX/IAA与ARF基因在生长素含量较低时结合在一起，当生长素含量升高时，AUX/IAA会被体内的E3泛素降解酶系统识别，ARF基因被释放出来调节其下游基因GH3类基因的表达，从而调节植株的生长发育过程。最新的研究显示，拟南芥中许多的GH3类基因是将自由态生长素转化为结合态生长素的酶类，表明拟南芥中存在着生长素的自我调节过程。但生长素调节植物发育的下游基因研究甚少，其调节植物发育的具体作用机制更少见报道。木质素是高等植物合成的一种次生代谢产物，生理功能主要是参与建立坚实的植物茎杆，防止植物倒伏。木质素同时又是造纸产业和牧草有效利用不利因素。造纸业需要动用强酸、碱消除木质素，这样将造成环境污染，牲畜无法利用牧草中的木质素作为有效的营养成分。造纸业和牧业需要低木质素的种质资源，但是目前尚没有有效的方法可以解决这一问题。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供一种分离的URO蛋白，它含有具有SEQ ID NO2所示的氨基酸序列的多肽、或其保守性变异多肽。在一优选的实施例中，所述URO蛋白具有SEQ ID NO2的氨基酸序列的多肽。在另一优选的实施例中，所述URO蛋白具有将SEQ ID NO2的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的、且具有影响植物木质素含量或分枝数量的由(a)衍生的多肽。所述一个或多个氨基酸指，如1-10个、1-8个、1-5个等。另一方面，本专利技术涉及一种分离的多核苷酸，该核苷酸序列编码本专利技术的URO蛋白。在一实施例中，本专利技术的多核苷酸编码具有SEQ ID NO2所示氨基酸序列的多肽和驱动该基因表达的上游启动子区序列。在另一实施例中，本专利技术的多核苷酸该多核苷酸选自以下序列中的一种(a)有SEQ ID NO1所示的序列；(b)在SEQ ID NO3中第1-3519位所示的序列；(c)具有SEQ ID NO3中1-4836位所示序列。另一方面，本专利技术涉及一种载体，该载体含有含有本专利技术的多核苷酸。又一方面，本专利技术涉及一种遗传工程化的宿主细胞，它含有本专利技术的载体，或者其基因组中整合有本专利技术的多核苷酸。再一方面，本专利技术涉及一种降低植物中木质素含量或增加植物分枝数量的方法，该方法包括增加所述植物中URO基因或其同源基因的表达。在一优选实施例中，通过插入T-DNA序列而增强该URO基因或其同源基因的表达。又一方面，本专利技术涉及一种改良植物的方法，该方法包括如下步骤(1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有URO蛋白DNA编码序列，所述的影响植物木质素含量或分枝数量蛋白选自下组(a)具有SEQ ID NO2氨基酸序列的多肽；(b)将SEQ ID NO2的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的、且具有影响植物木质素含量或分枝数量的由(a)衍生的多肽；(2)将植物细胞或组织或器官与步骤(1)中的农杆菌接触，从而使该URO蛋白DNA编码序列转入植物细胞，并且整合到植物细胞的染色体上；(3)选择出转入所述URO蛋白DNA编码序列的植物细胞或组织或器官；(4)将步骤(3)中的植物细胞或组织或器官再生成植株。附图说明图1显示野生型和uro突变体三星期幼苗的表型。(A)Lansberg erect；(B)uro/+；(C)uro/uro。比例尺A-C＝0.2cm。图2显示uro突变体中木质素的含量降低。图中箭头所指红色部分为间苯三酚染色的木质素，左图是野生型，可见大量木质素存在，右图为uro突变体，原本大量存在的木质素量在突变体中明显减少。e，表皮；co，皮层；en，内皮层；ph，韧皮部；x，木质部；if，束间纤维；ip，束间纤维前体细胞；mx，后生木质部；pi，髓。比例尺A、C、E、G、I-J＝100um B、D、F、H＝50um。图3显示uro突变体分枝数量增加。(A)野生型；(B)uro突变体。图4显示通过TAIL-PCR实验得到的T-DNA插入旁邻序列。(A)T-DNA的结构与被插入的At3g23140基因。(B)克隆的旁邻序列与拟南芥基因组序列的比对。图5显示At3g2314本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离的ＵＲＯ蛋白，其特征在于，它含有：具有ＳＥＱＩＤＮＯ：２所示的氨基酸序列的多肽、或其保守性变异多肽。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙越，袁政，黄海，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]