ZmTGA4基因及其在调控玉米叶夹角和增密增产中的应用制造技术

本发明专利技术公开了ZmTGA4基因及其在调控玉米叶夹角和增密增产中的应用。所述ZmTGA4基因的核苷酸如序列表SEQ ID No：1所示，其表达蛋白的氨基酸序列如序列表SEQ ID No：2所示。本发明专利技术所提供的ZmTGA4基因能够调控增加玉米叶枕部木质素含量，进而调控玉米叶夹角，其对玉米耐密育种具有重要意义；叶片直立的玉米品种具有较好的冠层结构以及较高的光能利用率，从而能获得较高的产量。能获得较高的产量。能获得较高的产量。

Zmtga4 gene and its application in regulating leaf angle and increasing density and yield of Maize

【技术实现步骤摘要】
ZmTGA4基因及其在调控玉米叶夹角和增密增产中的应用


[0001]本专利技术属于生物基因
，具体涉及ZmTGA4基因及其在调控玉米叶夹角和增密增产中的应用。

技术介绍

[0002]玉米是世界上第一大粮食作物，玉米作为重要的粮食、饲料及工业原料，对保障我国粮食安全和满足市场需求具有举足轻重的作用。提高玉米产量是我们追求的首要目标，玉米产量的提高主要依靠增加种植密度实现，而冠层光截获率是限制玉米密植获得高产的主要原因，所以改善玉米植株外部形态结构是玉米株型育种的重要选择指标。叶夹角（叶片与主茎之间的夹角）是决定玉米株型的主要因素，是影响玉米株型与产量的重要农艺性状之一。较小的叶夹角，有利于降低冠层截光率，提高群体光能利用率和群体种植密度，从而提高产量。叶枕是连接玉米叶片和叶鞘的中间枢纽，为叶片提供机械支持，对于叶夹角的形成起到了至关重要的作用。因此，叶枕和叶夹角相关调控基因的挖掘及其功能解析，对于培育具有小叶夹角的紧凑型玉米品种，以及耐密高产玉米的分子设计育种具有重要的理论指导意义。
[0003]TGA转录因子属于bZIP蛋白，是bZIP超家族中的一个独特的亚支，可以识别靶基因启动子区域的as
‑
1型顺式元件。在拟南芥中共鉴定了10个TGA成员，按其序列和功能可分为5个亚类: 第Ⅰ类包括TGA1和TGA4，第Ⅱ类包括TGA2、TGA5和TGA6，第Ⅲ类包括TGA3和TGA7，第Ⅳ类包括TGA9和TGA10，第
Ⅴ
类包括TGA8/PAN（Gatz, 2013）。基因研究表明，TGA因子具有高度的功能冗余，在植株对抗生物胁迫、非生物胁迫、植株花器官的发育及植株氮响应等方面发挥重要作用。在拟南芥中发现TGA1/4能够增强植株的抗病性，抗旱性及低氮胁迫的适应性。最近的研究发现，TGA1/4在成熟的器官边界强烈表达，包括叶片的基部和叶柄、花梗的腋部和花器官的基部。并通过与BOP1（BLADE
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ON
‑
PETIOLE1）和BOP2相互作用，促进了拟南芥中边界建立基因Homeobox Gene1的激活。在玉米中，Liguleless2（LG2，与AtTGA9同源性最高）也参与了玉米叶鞘边界的建立，在lg2突变体中，叶舌和叶耳结构缺失，导致叶片弯曲远离茎时更加直立。在玉米中关于TGA1/4基因的功能研究较少，需要进一步的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供ZmTGA基因及其在调控玉米叶夹角和增密增产中的应用。
[0005] ZmTGA4基因，所述ZmTGA4基因的多核苷酸为（a）、（b）、（c）或（d）所示：（a）如序列表SEQ ID No：1 所示的多核苷酸；或（b）与SEQ ID No：1的互补序列在严谨杂交条件能够进行杂交的多核苷酸，该多核苷酸所编码蛋白质仍具有调控玉米叶夹角的功能；（c）与SEQ ID No：1所示的多核苷酸至少有90%或以上同源性的多核苷酸；或（d）在SEQ ID No：1所示的多核苷酸的基础上进行一个或多个碱基的缺失、取代或插入得到的多核苷酸突变体，且该多核苷酸突变体所编码的蛋白仍具有调控玉米叶夹角的
功能。
[0006]ZmTGA4蛋白，所述ZmTGA4蛋白的氨基酸序列为（a）、（b）或（c）所示：（a）如序列表SEQIDNo：2所示的氨基酸序列；或（b）与SEQIDNo：2所示的氨基酸至少有90%或以上同源性的氨基酸；或（c）在SEQIDNo：2所示的蛋白基础上进行一个或多个氨基酸的缺失、取代或插入得到的蛋白突变体，且该蛋白仍具有调控玉米叶夹角的功能。
[0007]扩增所述ZmTGA4基因任一片段的引物。
[0008]含有所述ZmTGA4基因的重组表达载体。
[0009]所述ZmTGA4基因或所述ZmTGA4蛋白在调控玉米叶夹角和增密增产方面的应用。
[0010]所述ZmTGA4基因或ZmTGA4蛋白降低玉米植株叶夹角、增加叶枕部木质素含量。
[0011]一种提高玉米耐密增产的方法，将ZmTGA4基因在玉米植株体内过表达。
[0012]本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的ZmTGA4基因能够调控增加玉米叶枕部木质素含量，进而调控玉米叶夹角，其对玉米耐密育种具有重要意义；叶片直立的玉米品种具有较好的冠层结构以及较高的光能利用率，从而能获得较高的产量。
附图说明
[0013]图1为拟南芥的TGA家族基因与玉米中TGA基因家族的亲缘关系分析；图中采用邻接算法构建系统进化树，0.1尺度表示变化10%，每个节点上的数字表示来自1000个复制的引导值的百分比。
[0014]图2为ZmTGA4在叶片中不同部位的表达情况。
[0015]图3为过表达ZmTGA4显著降低了玉米植株的叶夹角；图中，误差为标准误差（n=5），LSD法检测各处理问差异，不相同字母表尔在0.05水平上差异显著。
[0016]图4为过表达ZmTGA4产量和籽粒性状。
[0017]图5为B104和ZmTGA4过表达系中叶枕部木质素含量和木质素染色情况；图中，误差为标准误差（n=3），LSD法检测各处理问差异，不相同字母表尔在0.05水平上差异显著。
[0018]图6为B104和ZmTGA4过表达系中叶枕部细胞形态变化。
[0019]图7为不同种植密度下，ZmTGA4转基因系的叶夹角变化。
具体实施方式
[0020]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0021]以下实施例中所用的实验材料：玉米自交系材料：B104和ZZC01；菌株：大肠杆菌菌株DH5α、根癌农杆菌菌株GV3101；过表达载体为CUB。
[0022]实施例1ZmTGA4(GRMZM2G131961)转录本的确认专利技术人将拟南芥AtTGA1/4基因的氨基酸序列在玉米基因组中进行同源比对，选取同源性最高的ZmTGA4基因（Zm00001d002143）（图1）。
[0023]MaizeGDB中GRMZM2G131961共有5个转录本，通过比对发现5个转录本的3
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UTR区序列完全一致，为了确定其转录本，专利技术人扩增了ZmTGA4的ORF区并用5
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RACE扩增了其5
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UTR，通过序列比对确定GRMZM2G131961_T02为转录本。首先使用Trizol（Invitrogen）提取玉米自交系B73低氮水培处理7天的总RNA，然后使用SMARTer RACE 5
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Kit (Invitrogen)中的5' RACE CDS Primer A为引物将总RNA进行反转录成5' RACE
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cDNA。以5' RACE
‑
cDNA为模板，使用ZmTGA4的基因特异性引物5
’‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ZmTGA4基因，其特征在于，所述ZmTGA4基因的多核苷酸为 （a）、（b）、（c）或（d）所示：（a）如序列表SEQ ID No：1 所示的多核苷酸；或（b）与SEQ ID No：1的互补序列在严谨杂交条件能够进行杂交的多核苷酸，该多核苷酸所编码蛋白质仍具有调控玉米叶夹角的功能；（c）与SEQ ID No：1所示的多核苷酸至少有90%或以上同源性的多核苷酸；或（d）在SEQ ID No：1所示的多核苷酸的基础上进行一个或多个碱基的缺失、取代或插入得到的多核苷酸突变体，且该多核苷酸突变体所编码的蛋白仍具有调控玉米叶夹角的功能。2.ZmTGA4蛋白，其特征在于，所述ZmTGA4蛋白的氨基酸序列为 （a）、（b）或（c）所示：（a）如序列表SEQ ID No：2 所示的氨基酸序列；或（b）与SEQ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文学，宫晓平，杜庆国，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：