梨转录因子PbrMYB24及其促进石细胞中木质素和纤维素合成的应用制造技术

本发明专利技术公开了梨转录因子PbrMYB24及其促进石细胞中木质素和纤维素合成应用。分离自

【技术实现步骤摘要】
梨转录因子PbrMYB24及其促进石细胞中木质素和纤维素合成的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程领域，涉及梨转录因子PbrMYB24及其应用，具体涉及从
‘
砀山酥梨
’
中分离、克隆得到一个调控梨果实石细胞发育的MYB家族成员PbrMYB24基因。

技术介绍

[0002]梨是蔷薇科(Rosaceae)桃亚科(Amygdaloideae)梨属(Pyrus L.)的多年生木本植物，是我国第三大果树树种，有超过三千年的栽培历史(滕元文,2017)。我国大面积栽培的主要是亚洲梨，包括白梨、砂梨、秋子梨和新疆梨；而欧美等西方国家主要栽培西洋梨。我国作为全球第一大梨生产国，栽培面积达1305万亩，总产量达1610万吨，分别占世界总量的67.3％和69.7％(FAO,2020)，在国际梨生产中占举足轻重的地位。但是，由于我国的一些传统的主栽品种，例如砀山酥梨，石细胞含量高，果实品质欠佳，市场竞争力弱。石细胞是梨果肉中特有的性状，大量的石细胞会影响食用口感和加工品质。因此，明确石细胞含量差异，解析石细胞形成机制，对改善梨果实品质显得尤为重要。
[0003]石细胞其实是通过次生细胞壁的逐渐加厚发育而来的厚壁组织细胞，通常所谓的果实石细胞实际为多个石细胞组成的“石细胞团”，石细胞团大小、数量和密度直接影响梨果实质地与食用口感(Xue et al.,2020)。梨果实石细胞主要由木质素和纤维素组成，石细胞中平均木质素含量(29.73％)高于平均纤维素含量(18.03％)，说明木质素是梨果实石细胞的主要成分(Zhang et al.,2020)。目前，已有的梨石细胞研究主要集中在生理学和解剖学这两方面，梨果肉石细胞的形成与木质素和纤维素的生物合成、转运、积累具有很高相关性，梨果实石细胞形成的关键基因与分子机制需要进一步解析。
[0004]木质素的生物合成是从脱去氨基的芳香族氨基酸苯丙氨酸起始，经过一系列的羟基化、甲基化、还原反应，最终产生了木质素中三个最常见的基础单体，包括松柏醇、芥子醇与对
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香豆醇。这些单体在聚合成木质素的过程中分别产生了愈创木基木质素单体(G型单体)、紫丁香基木质素单体(S型单体)和对
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羟基苯基木质素单体(H型单体)，最后木质素单体在LAC和POD的作用下聚合形成木质素(Vanholme et al.,2010,Vanholme et al.,2013)。纤维素的合成过程可以概括为，位于细胞膜上的玫瑰环化复合物利用细胞质中的UDP
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葡萄糖作为纤维素合成的直接底物，催化葡聚糖链的延伸。然后，将葡萄糖进一步聚合形成微纤丝，并有序地沉积在细胞壁上(Zhong et al.,2019)。目前尚未见关于梨PbrMYB24基因促进石细胞中木质素和纤维素合成的相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一个调控梨果实石细胞发育的PbrMYB24基因。
[0006]本专利技术的另一目的是提供该基因的应用。
[0007]本专利技术的目的可通过以下技术方案实现：
[0008]一种分离自
‘
砀山酥梨
’
具有促进石细胞中木质素和纤维素合成的转录因子
PbrMYB24基因，属于MYB家族成员，其核苷酸序列为SEQ ID No.1所示，包含1044bp的开放阅读框；编码347个氨基酸，其编码的氨基酸序列为序列表SEQ ID No.2所示。
[0009]含有本专利技术所述PbrMYB24基因的重组表达载体。
[0010]所述的重组表达载体，以pCAMBIA1301为出发载体，所述PbrMYB24基因的插入位点为Xba I和BamHI之间。
[0011]含有本专利技术所述PbrMYB24基因的基因工程菌。
[0012]克隆本专利技术所述PbrMYB24基因cDNA序列的引物对，上游引物PbrMYB24
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F1序列如SEQID No.3所示，下游引物PbrMYB24
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R1序列如SEQ ID No.4所示。
[0013]本专利技术所述PbrMYB24基因在促进石细胞中木质素和纤维素合成中的应用。
[0014]本专利技术所述的重组表达载体在促进石细胞中木质素和纤维素合成的应用。
[0015]有益效果
[0016]结合共表达网络分析和转录组分析，申请者在高、低石细胞含量不同的梨品种中鉴定到一个R2R3
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MYB转录因子PbrMYB24，该基因在不同品种果实中的表达量变化与石细胞含量高低呈显著正相关。通过在梨果实中瞬时过量表达，证实了PbrMYB24可以促进果实石细胞和木质素和纤维素的积累过程；过表达PbrMYB24的转基因梨果肉愈伤组织和拟南芥花序茎中，木质素含量和纤维素含量显著增加，同时间苯三酚盐酸染色，翻红固绿染色和卡尔科弗卢尔荧光染色信号显著增强。由此证明PbrMYB24基因参与调控梨果实石细胞中木质素和纤维素的形成。该基因的发现补充完善了梨中MYB转录调控的木质素代谢调控机制，为改良梨果实石细胞含量提供理论基础，并为造纸业和生物能源产业通过基因编辑降低木质素含量提供基因资源。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和效果：
[0018]1.PbrMYB24基因的发现，为改良梨果实石细胞合成提供理论依据，同时为造纸业和生物能源产业通过基因编辑降低木质素含量提供基因资源，该遗传资源的开发利用有利于降低农业成本和实现环境友好。
[0019]2.通过农杆菌介导遗传转化方法,将PbrMYB24基因在梨幼果，梨果肉愈伤组织及拟南芥中进行功能验证，结果表明本专利技术克隆的PbrMYB24基因具有同时调控多个基因编码木质素和纤维素合成通路中的酶的优点，为分子育种提供更高效地途径。
附图说明
[0020]图1为本专利技术PbrMYB24基因在不同品种及组织中的时空表达模式分析。
[0021]其中：A，20个品种花后35天果肉中PbrMYB24的表达量及石细胞含量的相关性分析。柱形图为PbrMYB24的表达量，圆点为果肉石细胞含量。
‘
早酥梨
’
花后35天果肉中PbrMYB24的表达量被设为1。B，20个品种花后35天果肉中PbrMYB24的表达量及木质素含量的相关性分析。柱形图为PbrMYB24的表达量，圆点为果肉木质素含量。C，20个品种花后35天果肉中PbrMYB24的表达量及纤维素含量的相关性分析。柱形图为PbrMYB24的表达量，圆点为果肉纤维素含量。D，
‘
砀山酥梨
’
不同发育时期的果实石细胞含量与PbrMYB24的相对表达量的相关性分析。柱形图为PbrMYB24的表达量，圆点为果肉石细胞含量。DAFB表示盛花后果实发育的天数。
[0022]图2为本专利技术实施例2的载体示意图。
[0023]图3为本专利技术PbrMYB24基因瞬时注射梨幼果的功能分析。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离自
‘
砀山酥梨
’
具有调控梨果实石细胞发育的PbrMYB24基因，其CDS序列如SEQ ID No.1所示。2.权利要求1所述的PbrMYB24基因编码的蛋白，其特征在于氨基酸序列如SEQIDNo.2所示。3.含有权利要求1所述基因的重组表达载体。4.根据权利要求3所述的重组表达载体，其特征在于以pCAMBIA1301为出发载体，权利要求1所述基因的插入位点为XbaI和BamHI之间。5.含有权利要求1所述基因或权利要求3所述的重组表达...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊，薛雍松，单燕飞，薛程，汪润泽，刘东亮，徐少卓，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：