一种赖草生长素输出载体及其编码基因与应用制造技术

本发明专利技术具体涉及一种赖草生长素输出载体及其编码基因与应用，属于植物基因工程技术领域。本发明专利技术首次发现了赖草的生长素输出载体，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示，编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明专利技术的赖草生长素输出载体与拟南芥AtPIN1的功能相近，在赖草中是影响根茎生长素运输及根发育的关键转运子。赖草生长素输出载体编码基因的过表达促进了转基因拟南芥中生长素的极性运输和根的发育，并促进了生长素的积累，这些结果表明，赖草生长素输出载体对赖草根系发育和生长素运输具有重要影响，通过利用赖草生长素输出载体调控根系发育的功能，有助于实现调控赖草形态结构、根系发育并最终提高赖草品质的目标。根系发育并最终提高赖草品质的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种赖草生长素输出载体及其编码基因与应用


[0001]本专利技术涉及植物基因工程
，具体涉及一种赖草生长素输出载体及其编码基因与应用。

技术介绍

[0002]赖草是典型的复合型分蘖克隆植物，通过根茎逐级分蘖进行无性繁殖的根茎类禾草，是草原牧草种群及群落结构的重要组成部分，很多优良牧草都具有地下根茎，通过不断分蘖形成纵横交错的地下根茎网，以及与之对应的地上子代分株，该特点赋予了赖草很强的水平拓展迁移能力和抗扰动能力，以及极强的防止风沙、稳固沙地的能力，所以种植赖草对防止土地荒漠化、提高环境恶劣地区物种的多样性、生态环境的保护和恢复等方面都具有极为重要的作用。大赖草(Leymus racemosus)、灰色赖草(Leymus cinereus)常被作为农、牧业良种繁育及麦类作物育种时的重要远缘杂交材料，所以发掘和应用赖草属基因库资源愈来愈受到人们的重视。因此，选择赖草根茎作为研究对象，研究其调控根系分蘖、生长方向性基因及生长机理，具有特殊的代表性。
[0003]侧枝(禾本科植物中称作分蘖)的起始和生长是决定株型发育的重要因素，植物激素在调控分蘖产生方面具有不可替代的作用。生长素是一种重要的植物激素，调节多种植物的生理和发育过程。生长素梯度分布受生长素外排载体调控，对植物生长至关重要。大量研究表明，PIN基因家族在调控生长素运输中起着至关重要的作用。目前，PIN基因家族已在多种植物中被鉴定，如拟南芥、水稻和杨树。人们从拟南芥中先后分离了AtPIN1、AtPIN2、AtPIN3、AtPIN4和AtPIN7等基因，其中，AtPIN1定位于根或地上部分的维管组织及胚胎中，参与根系和分蘖等多种器官的发育调控；AtPIN2仅在根中表达，其转录定位于根部因重力刺激发生弯曲的区域，在根毛的发生区域也观测到AtPIN2的大量表达；AtPIN3的分布较广，在根分生组织的中柱鞘细胞(pericycle)、根冠柱(columella)以及幼芽的内皮层(endodemis)细胞中都可以观测到其表达；AtPIN4在根静止中心(quiescent center)区域表达，对维持分生组织中生长素的浓度梯度至关重要，此外，它还在胚胎的极性建成时大量表达；同样AtPIN7在根冠和胚胎中表达，它在维持生长素的向基式浓度梯度时起作用。(刘士平等，高等植物的PIN基因家族，植物生理学通讯，2009，45(8)：833
‑
841)
[0004]然而，目前赖草中的生长素输出载体的具体结构还不清楚，其具体功能也尚不明确。在赖草种植与培育中，草原土地沙漠化抑制根系发育，导致水分和肥料吸收减少，而生长素输出载体对生长素的运输与根系的发育起着重要作用。因此，挖掘赖草生长素输出的关键基因，开发其在赖草中的功能与应用，可以更好的改善赖草根系品质，使之可以适应复杂严峻的生态环境，改善土地荒漠化，是行业内研发人员积极探索的课题之一。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种赖草生长素输出载体及其编码基因与应用，赖草生长素输出载体参与根茎分蘖及侧生分生组织分化，为解决赖草分子设计育种技
术提供了理论基础。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种赖草生长素输出载体，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0008]上述赖草生长素输出载体的编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0009]本专利技术中，通过对赖草进行转录组测序，构建赖草转录组序列信息数据库，根据与拟南芥AtPIN1基因的同源性，得到一个1761bp的开放阅读框，将其确定为调控赖草生长素输出的关键候选基因。由于转基因赖草技术不够成熟，所以将该基因转化至拟南芥中，构建转基因拟南芥，并对其进行功能验证，确定其为赖草生长素输出载体的编码基因，具有调控生长素运输的功能。
[0010]一种含有上述赖草生长素输出载体的编码基因的重组质粒。
[0011]根据本专利技术优选的，所述重组质粒的载体为pEASY
‑
blunt或pCAMBIA1300
‑
GFP。
[0012]一种含有上述赖草生长素输出载体的编码基因或上述重组质粒的重组菌。
[0013]根据本专利技术优选的，所述重组菌的宿主为大肠杆菌Trans1
‑
T1或大肠杆菌DH5α或农杆菌GV3101。
[0014]上述赖草生长素输出载体在促进植株分蘖或调控植株顶芽转向中的应用。
[0015]根据本专利技术优选的，所述植株为拟南芥或赖草。
[0016]根据本专利技术优选的，所述应用是将赖草生长素输出载体的编码基因转化入植株中，实现生长素输出载体的编码基因在植株中的过表达。
[0017]上述赖草生长素输出载体在与外源激素协同促进植株分蘖中的应用。
[0018]根据本专利技术优选的，所述植株为拟南芥或赖草。
[0019]根据本专利技术优选的，所述外源激素为GA3或IAA。
[0020]本专利技术中，构建生长素输出载体编码基因的过表达载体，转化进宿主中，构建转基因拟南芥，发现生长素输出载体参与调控主根的生长和发育，也影响侧根的发生和形态建成；另外，通过重力响应实验和向光性实验，发现生长素输出载体可以响应重力信号调控根系的方向性生长以及响应光信号调控根系的向光性生长，表明赖草生长素输出载体可以调控植株的顶芽转向；本专利技术还研究了外源激素GA3和IAA对转基因拟南芥根系的影响，发现生长素输出载体会受到外源激素GA3和IAA的诱导，进一步调控拟南芥侧根的发育，表明赖草生长素输出载体可以与外源激素协同作用，共同促进植株分蘖及在侧生分生组织分化中发挥作用。
[0021]有益效益：
[0022]1、本专利技术首次发现了赖草中的生长素输出载体，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示，编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0023]2、本专利技术通过对赖草生长素输出载体编码基因的克隆与鉴定、基因的表达分析及基因的遗传转化等手段分析验证其功能。赖草生长素输出载体与拟南芥AtPIN1的功能相近，在赖草中是影响根茎生长素运输及根发育的关键转运子。赖草生长素输出载体的编码基因在多个赖草部位中检测到，且在垂直根茎顶芽中含量较高，这可能是由于赖草生长素输出载体介导的生长素从芽到根的运输。赖草生长素输出载体编码基因的过表达促进了转基因拟南芥中生长素的极性运输和根的发育，并促进了生长素的积累，因此，赖草生长素输出载体参与了生长素的运输，并与其他生长素输出载体蛋白协同调节生长素的稳态，这种
转运途径使生长素处于相对平衡和稳定的状态。这些结果表明，赖草生长素输出载体对赖草根系发育和生长素运输具有重要影响，研究赖草生长素输出载体蛋白可以更好的改善赖草根系分蘖习性，使之可以适应更加复杂严峻的生态环境，改善土地荒漠化，为未来赖草种植与培育提供了潜在的应用前景。
[0024]3、本专利技术公开了赖草生长素输出载体在促进植株分蘖或调控植株顶芽转向中的应用，以及赖草生长素输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种赖草生长素输出载体，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。2.权利要求1所述的赖草生长素输出载体的编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。3.一种含有权利要求2所述的赖草生长素输出载体的编码基因的重组质粒。4.如权利要求3所述的重组质粒，其特征在于，所述重组质粒的载体为pEASY
‑
blunt或pCAMBIA1300
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GFP。5.一种含有权利要求2所述的赖草生长素输出载体的编码基因或权利要求3所述的重组质粒的重组菌。6.如权利要求5所述的重组菌，其特征在于，所述重组菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：何文兴，尹宁，李佳林，全晓艳，单秋丽，王文波，王思齐，师慧娟，李洪梅，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：