本发明专利技术提供了OsbHLH002蛋白或其编码基因在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用，涉及植物分子生物学技术领域。本发明专利技术OsbHLH002蛋白的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。本发明专利技术通过基因工程的手段获得OsbHLH002基因的突变体，结果显示Osbhlh002四种突变类型与野生型植株相比呈现倒伏表型，而互补株系能够恢复突变体次生壁发育缺陷的表型。本发明专利技术为提高植物纤维素含量、增加次生壁厚度提供了重要的应用方向，同时也为培育抗倒伏优良品种提供重要参考。提供重要参考。提供重要参考。
【技术实现步骤摘要】
OsbHLH002蛋白或其编码基因在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用
[0001]本专利技术涉及植物分子生物学
，具体而言，涉及OsbHLH002蛋白或其编码基因在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用。
技术介绍
[0002]细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的一种特征结构，在植物的生长和发育中起着至关重要的作用。根据细胞壁生物合成的组分以及细胞位置的不同，植物细胞壁被分为初生壁和次生壁(Underwood,2012；Barros等,2015)。次生壁是由加厚的特定的植物细胞类型产生的，这些细胞参与植物中许多关键的生物学过程，如机械支撑、水分和养分的运输，花药和荚果的开裂以及各种胁迫反应等(Zhong和Ye,2015；Zhang等.,2021)。次生壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，它们占植物生物量的大部分。无论在初生壁还是次生壁中纤维素都是最主要的成分，约占植物干重的1/3，其是植物组织机械强度的主要决定因素，同时也是地球上最丰富的天然有机大分子，在农业生产、工业制造以及新能源开发利用等方面具有重要的应用前景。因此，对纤维素沉积和次生壁形成及调控的分子机理的研究具有重要的理论价值和科学意义。
[0003]1986年，研究者在高等植物细胞膜观察到纤维素复合酶体结构CSC(Cellulose synthase complex)，作为纤维素催化合成的“工厂”，其由纤维素合酶亚单位(cellulose synthase，CESA)组装而成(Haigler和Brown,1986；Pear等.,1996)。目前在拟南芥中鉴定到至少10个CESA基因，其中AtCESA4、AtCESA7、AtCESA8是控制拟南芥次生壁纤维素合成的关键基因(韩笑等,2014)。水稻中已鉴定到11个CESA基因，次生壁纤维素的合成需要OsCESA4/7/9的共同参与。OsCESA4/7/9是AtCESA4/7/8在水稻中的同源基因(Tanaka等,2003)，证明次生壁纤维素的合成在不同的物种之间具有保守性。
[0004]转录调控是纤维素合成的一种大规模控制机制，因为它同时影响多种代谢途径，并调控许多参与纤维素形成的基因的转录。在双子叶模式植物拟南芥中，目前已经建立了精确的次生壁纤维素合成调控网络的模型。在这个转录调控网络中，包含了一系列NAC和MYB转录因子，还有少量bHLH和WRKY转录因子(Zhong等，2010；Zhang等，2021)。一些NAC蛋白作为第一层主调节因子来发挥功能，包含VND1
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7(VASCULAR
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RELATED NACDOMAIN1
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7)、NST1以及SND1/NST3和NST2。VND1
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7与木质部导管细胞的发育有关，其中VND6和VND7作为木质部导管形成的主要开关基因，过表达会分别引起后生木质部及原生木质部的加厚(Zhou等,2014；Kubo等,2005)；NST1/2和SND1被报道共同调控次生细胞壁的合成(Zhong和Ye,2015)。这些次生壁相关的NACs已被证明可以调节一系列下游转录因子的表达，例如MYBs，从而调节次生壁纤维素沉积的生物合成。MYB46和MYB83受调控网络中第一层主开关NST1/2、SND1及VND6/7的直接转录调控，在茎秆导管细胞和维管组织细胞中特异性表达(Zhong等，2007；Yamaguchi等,2011)，是调控拟南芥次生细胞壁形成的关键节点基因。OsMYB61和OsMYB103L通过直接结合OsCesAs的启动子来调节次生壁纤维素合成。一些已知的NAC类转录因子，包
括水稻OsSND2、OsNAC9和OsNAC31，作为第一层调节因子，直接介导其他MYB类基因的表达并促进纤维素生物合成。
[0005]bHLH转录因子是植物体内广泛存在的一类蛋白，其在植物的发育调控、胁迫应答、激素合成及光信号转导等途径中发挥重要作用。经典的ICE1(Inducer ofCBF Expression 1)编码一个bHLH转录因子，过表达ICE1基因的植株耐冷性显著提高(Chinnusamy等，2003)。另一个bHLH转录因子ZHOUPI(ZOU)被报道介导拟南芥种子发育过程(Yang等，2008)；此外其与ICE1通过调节种子成熟过程中ABA的积累，调控种子休眠过程(MacGregor等，2019)。拟南芥PHYTOCHROME B突变体phyB在茎纤维细胞中沉积了较薄的次生细胞壁，但在PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR(PIF)四重突变体pif1pif3pif4pif5(pifq)中则观察到较厚的细胞壁；此外，PIF4与MYC2/4相互作用，抑制了它们对一级调控转录因子NST1的转导活性，进而抑制拟南芥茎纤维细胞的次生壁的增厚(Luo等，2022)。然而，目前bHLH类转录因子在次生壁形成中的作用研究较少。尽管拟南芥转录调控网络取得了巨大进展，但我们对单子叶植物水稻中次生壁纤维素发育的调控机制的了解仍相当有限。水稻是最重要的主粮作物之一，它会产生巨大的农业生物质残留物。因此，有必要发掘和发现更对的参与水稻次生壁发育的相关基因。
[0006]鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
[0007]本专利技术针对现有技术中对于植物次生壁发育调控机制研究的不足，提供了OsbHLH002蛋白或其编码基因在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用。
[0008]本专利技术提供的技术方案如下：
[0009]在一个方面，本专利技术提供了OsbHLH002蛋白或其编码基因在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用，所述OsbHLH002蛋白的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。
[0010]本专利技术通过基因工程的手段获得OsbHLH002基因的突变体，结果显示Osbhlh002四种突变类型与野生型植株相比呈现倒伏表型，而互补株系能够恢复突变体次生壁发育缺陷的表型。本专利技术的OsbHLH002蛋白或其编码基因可用于调控植物次生壁发育，特别是次生壁的纤维素合成和沉积。
[0011]本专利技术中“OsbHLH002蛋白”涵盖在SEQ ID No.2所示的蛋白质的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白质以及将SEQ ID No.2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质。
[0012]在一个实施方案中，所述OsbHLH002蛋白的编码基因的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。
[0013]本专利技术涵盖与SEQ ID No.1所示核苷酸序列具有90％以上，优选95％以上，更优选99％以上相似度且具有相同功能的序列。本专利技术也涵盖与SEQ IDNo.1所示的核苷酸序列具有一个或几个碱基的取代、替换、缺失和/或添加且具有相同功能的序列。
[0014]在另一个方面，本专利技术提供了包含OsbHLH002蛋白的编码基因的生物材料在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用，其中，所述生物材料包括：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.OsbHLH002蛋白或其编码基因在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用，其特征在于，所述OsbHLH002蛋白的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述OsbHLH002蛋白的编码基因的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。3.包含OsbHLH002蛋白的编码基因的生物材料在调控植物纤维素合成或次生壁发育中的应用，其特征在于，所述生物材料包括：(A)含有如SEQ ID No.1所示核苷酸序列的核酸分子的表达盒；(B)含有(A)中所述表达盒的重组载体；(C)含有(A)中所述表达盒或含有(B)中所述重组载体的重组微生物；(D)含有(A)中所述表达盒或含有(B)中所述重组载体的重组细胞。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述重组载体为OsbHLH002基因的过表达载体。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述过...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋士勇，吴俣，李艾蓬，陈颖，祁皓月，杨丽佳，许亮，郭佳卓，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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