ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用制造技术

本发明专利技术公开了ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用，其中，ZmRPH1基因及其编码蛋白的序列分别如SEQ ID NO:1和2所示。本发明专利技术首次发现ZmRPH1基因具有调控植物株高及抗倒伏能力的生物学功能。在玉米中调控ZmRPH1的表达可以调控玉米株高，过表达ZmRPH1基因可以降低玉米株高，提高玉米抗倒伏能力，并且不影响单株产量。本发明专利技术提供一种利用ZmRPH1基因降低玉米株高的新方法，可用于半矮化的玉米新品种的培育，有利于玉米高产稳产提高玉米收获指数，增强玉米抗倒伏能力。

Application of ZmRPH1 Gene in Regulation of Plant Height and Lodging Resistance

The invention discloses the application of ZmRPH1 gene in regulating plant height and lodging resistance, in which the sequence of ZmRPH1 gene and its coding protein are shown as SEQ ID NO:1 and 2, respectively. For the first time, the ZmRPH1 gene has biological functions of regulating plant height and lodging resistance. Regulating the expression of ZmRPH1 in maize can regulate plant height. Overexpression of ZmRPH1 gene can reduce plant height and improve lodging resistance of maize, without affecting yield per plant. The invention provides a new method for reducing plant height of Maize by using ZmRPH1 gene, which can be used for cultivating new semi-dwarf maize varieties, and is beneficial to high and stable yield of maize, improving harvest index of maize and enhancing lodging resistance of maize.

【技术实现步骤摘要】
ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用
本专利技术涉及生物技术和植物遗传育种领域，具体地说，涉及ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用。
技术介绍
株高作为理想株型的最主要组成因素之一，在作物改良过程中发挥至关重要的作用(Donald，1968)。适宜的株高有利于提高收获指数，增强抗倒伏能力进而实现高产稳产等诸多优势，这些优势已经在小麦、水稻的育种过程中得到了充分的利用。我们所说的“绿色革命”就是水稻、小麦的矮化育种带来的巨大的产量提高，具体涉及到水稻中sd1和小麦中rht1基因的利用(Pengetal.，1999)。然而到目前为止，在对产量性状不造成不利影响的前提下，玉米中仍然未能找到可利用的能有效降低株高的基因。因此，进一步发掘玉米株高调控相关基因具有重要理论和实践意义。转基因技术已经在作物改良过程中得到广泛应用，利用转基因技术能使作物获得多种优良性状，例如：抗虫、抗病、抗除草剂、抗旱、高产等。转基因技术的应用，在有效降低玉米株高方面同样能够发挥重要作用。微管骨架和微丝骨架是细胞骨架的重要成员，在调控植物生长发育等诸多方面都发挥着重要功能。间期细胞的周质微管列阵的排列方向决定了细胞壁中纤维素微纤丝的沉积方向，进而调控细胞的伸长生长：当周质微管以垂直于生长轴方向横向平行排列时，细胞快速伸长；而当周质微管列阵随机或者纵向排布时，细胞生长缓慢甚至停止伸长(LloydandChan，2004)。而微管骨架的动态变化及列阵的取向又受到一系列微管相关蛋白的调控(Chenetal.，2016)。在玉米中针对调控微管和微丝的细胞骨架相关蛋白的研究相对较少，而将其应用到降低玉米株高方面的作物改良中还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用。为了实现本专利技术目的，第一方面，本专利技术提供ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用，其中，ZmRPH1基因编码的蛋白质为如下(a)或(b)：(a)由SEQIDNO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)SEQIDNO:2所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。具体地，所述调控是指降低植物株高及增强抗倒伏能力。本专利技术中，ZmRPH1基因及其编码蛋白的获得方法如下：首先从玉米数据库MaizeGDB中查找到ZmRPH1的蛋白编码核苷酸序列(SEQIDNO:1)，并以此全长序列设计引物(ZmRPH1-F/R)，以玉米自交系B73-329的cDNA为模板，PCR扩增得到ZmRPH1全长蛋白编码基因序列。上游引物：ZmRPH1-F:5’-ATGGTGGCTGCCGCGGCG-3’下游引物：ZmRPH1-R:5’-CTACAATTGTGTCGGGCTCTGCTTT-3’前述的应用包括：1)使植物包含ZmRPH1基因；或者，2)使植物过表达ZmRPH1基因。本专利技术中，所述植物为单子叶植物或双子叶植物，优选玉米和拟南芥。第二方面，本专利技术提供ZmRPH1基因在植物育种中的应用。所述育种目的包括降低植物株高及增强抗倒伏能力。第三方面，本专利技术提供一种降低玉米株高及增强抗倒伏能力的方法，所述方法为:1)使玉米包含ZmRPH1基因；或者，2)使玉米过表达ZmRPH1基因。所述方法包括但不限于转基因、杂交、回交、自交或无性繁殖。本专利技术中，过表达ZmRPH1基因的方法选自以下1)～4)，或任选的组合：1)通过向玉米中导入具有所述基因的质粒；2)通过增加玉米染色体上所述基因的拷贝数；3)通过将强启动子与所述基因可操作地连接；4)通过导入增强子。在本专利技术的一个具体实施方式中，过表达ZmRPH1基因采用玉米组成型启动子Ubiquitin1。第四方面，本专利技术提供ZmRPH1基因在制备转基因植物中的应用。第五方面，本专利技术分析了通过实时荧光定量PCR分析ZmRPH1基因的组织表达模式，表明ZmRPH1在快速生长的节间组织中高表达，说明ZmRPH1在节间伸长过程中发挥着重要作用。用于实时荧光定量PCR检测玉米ZmRPH1基因的特异性引物对为：上游引物：ZmRPH1qPCR-F:5’-CAAAGTTGCAACGCAAGAAC-3’下游引物：ZmRPH1qPCR-R:5’-GGCTCTGCTTTTGGTTACGTT-3’为了分析ZmRPH1的蛋白性质，本专利技术首先在玉米原生质体中分析了ZmRPH1的亚细胞定位。ZmRPH1的亚细胞定位分析表明，GFP-ZmRPH1(ZmRPH1的N端连接GFP)的定位呈弥散状类似于空GFP对照，ZmRPH1-GFP(ZmRPH1的C端连接GFP)的定位呈现类似微管的丝状结构。为了进一步分析ZmRPH1-GFP的丝状定位，本专利技术在玉米原生质体中分析了ZmRPH1-GFP与微管marker蛋白mCherry-α-Tubulin1(α-Tubulin1的N端连接mCherry)的共定位情况。共定位实验结果表明ZmRPH1-GFP能与mCherry-α-Tubulin1共定位，这一结果证明ZmRPH1为微管相关蛋白。为了进一步说明ZmRPH1与微管的关系，本专利技术进行了ZmRPH1与微管的共沉淀实验。实验结果表明，ZmRPH1能够直接与微管结合，证明ZmRPH1为微管结合蛋白。本专利技术还构建了ZmRPH1的玉米过表达载体。在优选的实施方案中，玉米表达载体上的表达盒是由来自玉米的Ubiquitin1基因的启动子和来自胭脂碱合成酶(nos)基因的3’转录终止区域构成，选择标记基因为草丁膦基因(phosphinothricin)。所述表达载体的出发载体为pBCXUN载体(Chenetal.，2009)，构建得到重组质粒pBCXUN-ZmRPH1，其中ZmRPH1基因正向插入，并且由玉米Ubiquitin1启动子驱动表达。本专利技术将含有ZmRPH1的过表达载体转化玉米自交系B73-329，获得了株高降低抗倒伏能力增强，单株产量不受影响的转基因玉米。本专利技术还以玉米另一自交系T13为父本与已收获的纯合B73-329背景的过表达ZmRPH1基因的转基因玉米进行杂交，获得过表达ZmRPH1基因的杂交种转基因玉米。过表达ZmRPH1基因的转基因杂交种玉米，株高显著降低，抗倒伏能力增强，单株产量不受影响。进一步地，本专利技术将ZmRPH1基因异源过表达到拟南芥中，同样能够使植株株高显著降低。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：本专利技术首次发现ZmRPH1基因具有调控植物株高及抗倒伏能力的生物学功能。在玉米中调控ZmRPH1的表达可以调控玉米株高，过表达ZmRPH1基因可以降低玉米株高，提高玉米抗倒伏能力，并且不影响单株产量。本专利技术提供一种利用ZmRPH1基因降低玉米株高的新方法，可用于半矮化的玉米新品种的培育，有利于玉米高产稳产提高玉米收获指数，增强玉米抗倒伏能力。附图说明图1为本专利技术实施例3中分析ZmRPH1的组织表达模式结果。其中，V9，V11，V13，V15四个不同生长发育时期分别取材，以ZmActin1作为内参基因。图2为本专利技术实施例4、5中证明ZmRPH1是一个微管结合蛋白。其中，a、ZmRPH1的C端连接GFP检测到类似微管结构的丝状定位；b、ZmRPH1与微管marker共定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用，其中，ZmRPH1基因编码的蛋白质为如下(a)或(b)：(a)由SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)SEQ ID NO:2所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。

【技术特征摘要】
1.ZmRPH1基因在调控植物株高及抗倒伏能力中的应用，其中，ZmRPH1基因编码的蛋白质为如下(a)或(b)：(a)由SEQIDNO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)SEQIDNO:2所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述调控是指降低植物株高及增强抗倒伏能力。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用包括：1)使植物包含ZmRPH1基因；或者，2)使植物过表达ZmRPH1基因。4.根据权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于，所述植物为单子叶植物或双子叶植物，优选玉米和拟南芥。5.ZmRPH1基因在植物育种中的应用，其中，所述ZmRPH1基因的定义同权利要求1中所述。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，育种目...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅缨，李围，朱蕾，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11