硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用制造技术

本发明专利技术涉及纤维品质基因调控领域，具体而言，涉及硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用。本发明专利技术克隆了一个棉花硫醇还原酶编码基因，通过蛋白表达等生化研究手段证明其具有还原蛋白二硫键的生化功能；利用组成型35S启动子将其导入棉花中，过量表达了其转录本和蛋白，促进了棉纤维起始发育，并且纤维最终长度增加，说明其在棉纤维发育调控和棉花品质、产量改进中有重要作用，也说明了硫醇还原酶类具有调控植物表皮毛性能的作用，进而说明硫醇还原酶类与植物表皮毛性能的相关性。

【技术实现步骤摘要】
硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用
本专利技术涉及纤维品质基因调控领域，具体而言，涉及硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用。
技术介绍
棉纤维是由受精胚珠的表皮细胞经特化、起始、伸长、加厚而成的种子表皮毛，不同于一般的韧皮纤维，它的主要组成物质是纤维素。纤维素是天然高分子化合物，化学结构式为(C6H10O5)n。正常成熟的棉纤维素含量约为94％。此外含有少量多缩戊糖、蜡质、蛋白质、脂肪、水溶性物质、灰分等伴生物。由于棉纤维具有许多优良经济性状，使之成为最主要的纺织工业原料。因此，棉纤维发育是棉花产业和科技发展中的重要问题，但对于调控纤维发育的关键基因和作用机制一直缺乏了解。发现调控棉纤维发育的关键因子并建立起应用技术方案至关重要。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术克隆了一个新的棉花硫醇还原酶编码基因，通过蛋白表达等生化研究手段证明其具有还原蛋白二硫键的生化功能；利用组成型35S启动子将其导入棉花中，过量表达了其转录本和蛋白，促进了棉纤维起始发育，并且纤维最终长度增加，说明其在棉纤维发育调控和棉花品质、产量改进中有重要作用，也说明了硫醇还原酶类具有调控植物表皮毛性能的作用，进而也说明了硫醇还原酶类与植物表皮毛性能的相关性。本专利技术的第一方面提供了以下技术方案：硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用。进一步地，所述硫醇还原酶类基因包括棉花硫醇还原酶基因以及不同植物中含有的与棉花硫醇还原酶基因具有同源性的硫醇还原酶基因；所述棉花硫醇还原酶基因具有SEQIDNO:1所示的核苷酸序列。本专利技术利用棉花基因组和转录组数据库筛选纤维发育时期特异表达的基因，根据基因序列设计引物克隆目的基因(棉花硫醇还原酶基因)，利用qRT-PCR验证其转录表达情况，构建其原核蛋白表达载体，进行蛋白诱导表达、纯化和蛋白活性的检测验证，证明其具有还原蛋白二硫键的生化功能；同时构建其棉花转基因材料，分子检测转基因材料中目的基因表达情况，分析棉花中过量和组成性表达硫醇还原酶后纤维发育表型，证明了棉花硫醇还原酶促进了棉纤维起始发育，并且棉纤维最终长度增加，说明了棉花硫醇还原酶在棉纤维细胞发育中的重要作用。棉纤维是单细胞组织，是棉花种子上的表皮毛，其发育分为纤维细胞起始、细胞伸长、细胞壁加厚和纤维成熟四个时期。其发育机理与拟南芥的表皮毛、根毛，以及其他植物如番茄、黄瓜等表皮毛发育具有一定的保守性。拟南芥表皮毛发育的机理研究相对比较深入，目前发现了一个MYB-bHLH-WD40多个因子组成的调控通路在拟南芥表皮毛发育中发挥重要作用，棉纤维发育的研究也初步揭示了此类似通路的重要性，一些相似的MYB类转录因子也显著影响棉纤维发育。因此，根据本专利技术的研究可知，在棉花中存在棉花硫醇还原酶基因影响棉纤维性能的情况下，可以推论得出：一方面，其他植物中也会存在硫醇还原酶类基因，这些植物除了棉花外，还包括拟南芥、苜蓿、玉米、花生、大豆、高粱、水稻、黄瓜、番茄等。也就是说，这些植物中存在硫醇还原酶类基因，通过硫醇还原酶类基因来影响自身的表皮毛性能，从而达到提高相应植物的产量或产品品质的作用。另一方面，这些植物也可以通过转入棉花硫醇还原酶基因或经过改造的棉花硫醇还原酶基因来影响这些植物的表皮毛性能。也就是，通过调控植物的表皮毛的功能来影响相应植物的组织性能。本专利技术验证了通过控制硫醇还原酶类基因的过表达影响了植物表皮毛发育起始以及最终的性能。比如，若是在棉花中，通过控制硫醇还原酶类基因的表达来影响棉纤维性能，影响棉纤维性能包括促进棉纤维起始发育和/或提高成熟的棉纤维长度。进一步地，所述植物为棉花，通过控制所述棉花硫醇还原酶基因的过表达促进所述棉纤维的起始发育和/或增加棉纤维长度。一般地，硫醇还原酶会涉及在硫代谢中影响半胱氨酸的合成，因此，本专利技术人推测本专利技术中的硫醇还原酶基因通过在硫代谢中影响半胱氨酸的合成而对表皮毛性能产生影响。进一步地，所述应用包括在检测植物品种中的应用或在提高植物表皮毛品质育种中的应用。硫醇还原酶类基因具有促进植物表皮毛起始发育和提升植物表皮毛性能的作用，因此，硫醇还原酶基因可以用于检测植物新品种，也可以用于提高植物表皮毛品质的育种中。本专利技术的第二方面提供了一种棉花品种的检测方法，检测待测样品是否含有过表达的棉花硫醇还原酶基因或由过表达的棉花硫醇还原酶基因产生的产物；若检测到，则判断待测样品具有优良棉纤维性能；其中，所述棉花硫醇还原酶基因具有SEQIDNO:1所示的核苷酸序列。由于过表达的棉花硫醇还原酶基因具有促进棉纤维起始发育和增加纤维长度的作用，而不同棉花品种中或者在育种中，若是想看一下是否含有过表达的棉花硫醇还原酶基因进而来判断其纤维性能，则需要通过检测待测样品中是否含有过表达的棉花硫醇还原酶基因。通过检测过表达的棉花硫醇还原酶基因来判断其纤维性能，方法简便易行。进一步地，通过过表达棉花硫醇还原酶基因的元件设计的引物对或探针或芯片对待测样品进行检测。进一步地，所述引物对的核酸序列如SEQIDNO.2和SEQIDNO.3所示。另外，检测由硫醇还原酶基因产生的产物可以通过多种手段进行，比如ELISA检测试剂盒等。进一步地，所述待测样品包括适宜于有性繁殖、无性繁殖或可再生的细胞的组织培养的材料。适宜于有性繁殖的材料，如选自花粉、子房、胚珠、胚囊等；适宜于无性繁殖的材料如可以选自插枝、根、茎、原生质体等；适宜于可再生的细胞的组织培养的材料如可以选自叶、花粉、胚、子叶、下胚轴、分生组织细胞、根、根端、花药、花、种子和茎等。进一步地，所述待检测样本包括以下材料中的任一种：种子、叶、根、茎、胚根、胚芽。本专利技术的第三方面提供了一种提高棉纤维性能的育种方法，将含有过表达的棉花硫醇还原酶基因的片段重组到棉花基因组中；筛选得到含有过表达棉花硫醇还原酶基因元件的植株。本专利技术中，将目的片段重组到棉花基因组中，该过程会涉及一些转化的手段，如常见的根癌农杆菌介导法、基因枪法、PEG法、激光微束穿刺法、显微注射法和花粉介导法等。这些方法按照本领域的技术步骤可完成。筛选得到含有过表达棉花硫醇还原酶基因元件的植株，该处的植株既可以表示植物的繁殖材料，也可以为植株非繁殖用材料，即为基因转化后的植株自身的一部分材料，这些材料包括但不限于块茎、枝、根、原生质体、叶、胚、子叶、下胚轴、分生组织细胞、根端、花药、花、种子、花粉、子房、胚珠、胚囊。筛选得到含有过表达棉花硫醇还原酶基因的植株可通过多种手段实现，如分子生物学手段，包括但不限于通过棉花硫醇还原酶基因的引物对或探针或芯片对待测样品进行检测。如检测由过表达硫醇还原酶基因产生的产物，过表达载体上可设置一些表达可视的标记，如ELISA检测试剂盒可检测到的，或通过荧光在特定情况下显示来标记。利用本专利技术的棉花硫醇还原酶基因辅助棉纤维优质性能育本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用。/n

【技术特征摘要】
1.硫醇还原酶类基因或其编码的蛋白在调控植物表皮毛性能方面的应用。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述硫醇还原酶类基因包括棉花硫醇还原酶基因以及不同植物中含有的与棉花硫醇还原酶基因具有同源性的硫醇还原酶基因；
所述棉花硫醇还原酶基因具有SEQIDNO:1所示的核苷酸序列。


3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述植物包括棉花、拟南芥、苜蓿、玉米、花生、大豆、高粱、水稻、黄瓜、番茄。


4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述植物为棉花，通过控制所述棉花硫醇还原酶基因的过表达促进所述棉纤维的起始发育和增加棉纤维长度。


5.根据权利要求1-4任一项所述的应用，其特征在于，所述应用包括在检测植物品种中的应用或在提高植物表皮毛品质育种中的应用。


6.一种棉花品种的检测方法，其特征在于，检测待测样品是否含有过表达的棉花硫醇还原酶基因或由过表达的棉花硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智，李付广，韦珍珍，李勇辉，
申请(专利权)人：中国农业科学院棉花研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41