SHR-SCR在豆科植物皮层细胞命运决定和改造非豆科植物皮层细胞分裂潜能中的应用制造技术

本发明专利技术属于生物技术和植物学领域；涉及细胞属性改造，调节根瘤共生的方法，特别是基于SHR‑SCR构成的植物体内新机制在改造皮层细胞分裂潜能中的应用。本发明专利技术还提供了新型的用于鉴定植物的性状的途径，从而为植物的有效鉴定提供了可行的方法，为植物的育种筛选提供了有力的工具。

【技术实现步骤摘要】
SHR-SCR在豆科植物皮层细胞命运决定和改造非豆科植物皮层细胞分裂潜能中的应用
本专利技术属于生物技术和植物学领域；更具体地，本专利技术涉及细胞属性改造，调节根瘤共生的方法。技术背景固氮共生是植物与固氮微生物之间形成的互惠互利的共生方式。根据共生菌的不同可以分为蓝细菌共生、放线根瘤菌共生和根瘤菌共生。通常所说的根瘤共生即为豆科植物与根瘤菌之间的共生。根瘤菌在植物形成的新器官――根瘤中将空气中游离态的氮气转变成含氮化合物提供给植物生长，增强豆科植物适应低氮肥土壤的能力，同时，豆科植物为根瘤菌提供合适的环境及生长所必须的碳水化合物。另外，当豆科植物死后，固定的氮素就会释放到土壤中被其他植物利用，对于肥沃土壤起到了重要的作用。根瘤共生对于维持地球上氮素的循环、植物的氮代谢至关重要。目前中国农业种植主要依赖于外界施加氮肥。过量施用氮肥已经造成了地表、地下水污染和土壤酸化等严重的环境问题，成为破坏生态平衡的重要原因之一，严重地威胁着农业的可持续发展。如何解决这些问题，除了合理施用化肥外，一个更重要的途径是通过对根瘤共生的研究，实现非豆科植物结瘤。近些年随着分子生物学、生物信息学等一系列学科的发展，豆科植物与根瘤菌共生的信号通路已基本建立。然而，有关细胞分裂的调控机制还知之甚少。在植物与共生菌建立共生的过程中，宿主植物皮层分裂细胞具有容纳固氮菌的能力，进行共生固氮。有趣的是，固氮菌不能侵入正在分裂的侧根原基细胞，对豆科植物而言，其根瘤组织主要源于皮层细胞的分裂。因此，皮层细胞的分裂潜能是共生能否建立的前提条件。所以，深入研究豆科植物根皮层细胞分裂潜能的遗传基础，不仅有助于深入阐明根瘤共生的分子机制，也将为非豆科植物共生固氮奠定理论基础。因此，本领域需要对根瘤共生中细胞的分裂调控机制进行深入研究，以明确豆科植物的根瘤生长机制，提高借助基因工程技术来改造非豆科植物使其共生的可能性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改造植物根皮层细胞分裂潜能的方法，最终目的为实现非豆科植物结瘤。在本专利技术的第一方面，提供一种鉴定植物的性状的方法，包括：分析植物的SCARECROW基因的启动子；若同时存在顺式作用元件AT1Box和Enhancer，则其正常表达SCARECROW基因，其性状正常；若缺少AT1Box和Enhancer中任一个，则其SCARECROW基因表达异常，其性状异常；其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成。在本专利技术的另一方面，提供一种定向性状正常的植物的方法，包括：分析植物的SCARECROW基因的启动子；其中，若同时存在顺式作用元件AT1Box和Enhancer，则表明其正常表达SCARECROW基因，植物性状正常；其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成。在本专利技术的另一方面，提供SCARECROW基因的启动子的用途，用于鉴定植物的性状；或，用于定向筛选性状正常的植物；其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成；较佳地，根据所述SCARECROW基因的启动子中的顺式作用元件AT1Box和Enhancer的存在情况来进行鉴定。在一个优选例中，AT1Box和Enhancer均存在表明皮层细胞分裂能力或皮层生物量正常；若缺失任一则表明皮层细胞分裂能力或皮层生物量异常。在一个优选例中，所述性状正常的植物，其为形成根瘤组织或类根瘤组织(如瘤状凸起)的植物。在一个优选例中，所述的顺式作用元件AT1Box具有SEQIDNO:28(AATATTTTTATT)所示的核苷酸序列或与该核苷酸序列具有80％以上(如83％，85％，90％或95％以上)序列相同性的核苷酸序列；较佳地包括选自SEQIDNO:15～24任一所示的核苷酸序列。所述的顺式作用元件Enhancer的序列为GANTTNC，其中N表示A、T、C或G；较佳地，其具有SEQIDNO:5～14任一所示的核苷酸序列。在一个优选例中，所述的植物包括选自下组：表达SCARECROW基因的植物；根瘤植物；较佳地包括豆科植物；更佳地，包括(但不限于)：蒺藜苜蓿、大豆、百脉根、豌豆、鹰嘴豆、羽扇豆、菜豆、车轴草、山麻黄；禾本科植物；较佳地包括(但不限于)：水稻、大麦、小麦、燕麦、黑麦、玉米、高粱；和/或，十字花科植物。在本专利技术的另一方面，提供一种改良豆科植物或禾本科植物的性状的方法，包括提高植物中SCARECROW和SHORTROOT的表达或活性，或促进SCARECROW和SHORTROOT的相互作用；其中，改良的性状包括选自下组：促进侵染线的形成，改变皮层细胞命运，提高皮层细胞响应细胞分裂素的能力，提高皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，促进NIN介导的植物自结瘤，促进皮层细胞分裂，促进根瘤的形成。在一个优选例中，所述的促进、提高表示显著性的促进、提高，如促进或提高20％、40％、60％、80％、90％或更高。在一个优选例中，所述的促进根瘤的形成为在无根瘤菌接种的条件下形成根瘤或根瘤状结构。在一个优选例中，使得SCARECROW和/或SHORTROOT在皮层中进行异位表达(也即，定位于皮层中进行表达；较佳地，该异位表达为异位过表达)。在一个优选例中，使用皮层细胞特异性表达启动子或遍在表达启动子进行表达。在一个优选例中，所述的皮层细胞特异性表达启动子包括：NRT1.3启动子(pNRT1.3)。在一个优选例中，所述的遍在表达启动子包括：LjUBQ启动子(pLjUBQ)。在一个优选例中，所述促进植物中SCARECROW和SHORTROOT的相互作用为：促进SHORTROOT与SCARECROW基因的启动子的结合。在一个优选例中，所述提高植物中SCARECROW和SHORTROOT的表达或活性，或促进SCARECROW和SHORTROOT的相互作用包括：利用SCARECROW和SHORTROOT基因或含有该基因的表达构建物或载体转入植物中；以表达增强型启动子或组织特异性启动子，提高植物中SCARECROW和SHORTROOT基因表达效率；以增强子提高植物中SCARECROW和SHORTROOT基因表达效率；或对于植物SCARECROW基因启动子(pSCR)中缺失顺式作用元件AT1Box或Enhancer的，在其启动子中外源增加所缺失的元件。在本专利技术的另一方面，提供一种提高植物中SCARECROW和SHORTROOT的表达或活性，或促进SCARECROW和SHORTROOT的相互作用的物质的应用，用于改良豆科植物或禾本科植物的性状；其中，改良的性状包括选自下组：促进侵染线的形成，改变皮层细胞命运，提高皮层细胞响应细胞分裂素的能力，提高皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，促进NI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鉴定植物的性状的方法，包括：分析植物的SCARECROW基因的启动子；若同时存在顺式作用元件AT1 Box和Enhancer，则其正常表达SCARECROW基因，其性状正常；若缺少AT1 Box和Enhancer中任一个，则其SCARECROW基因表达异常，其性状异常；/n其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成。/n

【技术特征摘要】
1.一种鉴定植物的性状的方法，包括：分析植物的SCARECROW基因的启动子；若同时存在顺式作用元件AT1Box和Enhancer，则其正常表达SCARECROW基因，其性状正常；若缺少AT1Box和Enhancer中任一个，则其SCARECROW基因表达异常，其性状异常；
其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成。


2.一种定向性状正常的植物的方法，包括：分析植物的SCARECROW基因的启动子；其中，若同时存在顺式作用元件AT1Box和Enhancer，则表明其正常表达SCARECROW基因，植物性状正常；
其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成。


3.SCARECROW基因的启动子的用途，用于鉴定植物的性状；或，用于定向筛选性状正常的植物；其中，所述性状包括：侵染线形成，皮层细胞响应细胞分裂素的能力，皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，NIN介导的植物自结瘤，皮层细胞分裂或根瘤形成；较佳地，根据所述SCARECROW基因的启动子中的顺式作用元件AT1Box和Enhancer的存在情况来进行鉴定。


4.如权利要求1～3任一所述，其特征在于，所述性状正常的植物，其为形成根瘤组织或类根瘤组织的植物。


5.如权利要求1～3任一所述，其特征在于，所述的顺式作用元件AT1Box具有SEQIDNO:28所示的核苷酸序列或与该核苷酸序列具有80％以上序列相同性的核苷酸序列；较佳地包括选自SEQIDNO:15～24任一所示的核苷酸序列；和/或
所述的顺式作用元件Enhancer的序列为GANTTNC，其中N表示A、T、C或G；较佳地，其具有SEQIDNO:5～14任一所示的核苷酸序列。


6.如权利要求1～3任一所述，其特征在于，所述的植物包括选自下组：
表达SCARECROW基因的植物；
根瘤植物；较佳地包括豆科植物；更佳地，包括：蒺藜苜蓿、大豆、百脉根、豌豆、鹰嘴豆、羽扇豆、菜豆、车轴草、山麻黄；
禾本科植物；较佳地包括：水稻、大麦、小麦、燕麦、黑麦、玉米、高粱；和/或
十字花科植物。


7.一种改良豆科植物或禾本科植物的性状的方法，包括提高植物中SCARECROW和SHORTROOT的表达或活性，或促进SCARECROW和SHORTROOT的相互作用；
其中，改良的性状包括选自下组：促进侵染线的形成，改变皮层细胞命运，提高皮层细胞响应细胞分裂素的能力，提高皮层细胞响应根瘤菌侵染的能力，促进NIN介导的植物自结瘤，促进皮层细胞...

【专利技术属性】
技术研发人员：王二涛，董文涛，朱亚云，常会中，
申请(专利权)人：中国科学院分子植物科学卓越创新中心，
类型：发明
国别省市：上海;31