本发明专利技术提供了源自棉花的原花色素合成调控基因GhPAPMYB1，该基因编码的多肽以及含有该基因的表达载体。本发明专利技术还提供了所述GhPAPMYB1基因在促进植物中原花色素的合成和积累中的应用。通过应用该基因及其植物表达载体可以培育含不同水平原花色素的植物品系(种)，提高植物产品的营养价值和外观品质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及一种促进棉花原花色素合成和累积的基因(ihPAPMYBl。本专利技术还涉及该基因编码的多肽，含有该基因的表达载体，以及该基因在促进棉花和其他植物原花色素合成和积累中的应用。
技术介绍
原花色素(Proanthocyanidir^PA)，又称缩合鞣质或缩合单宁，是一类重要的植物次生代谢产物。它在自然界植物中广泛存在，是种皮的主要色素物质，对种子发育和萌发有着重要的调节作用。PA是黄烷3-醇的单体或多聚体，属于多羟基酚类物质，具有强烈的蛋白变性作用，有独特的苦涩味。在茎、叶片等器官中累积的PA具有抗菌和阻食的作用，是植物抵抗病害和动物取食的重要手段。饲料植物(如苜蓿)中适当水平的PA可以防止牲畜的胀气病(Pasturebloat)。PA也广泛存在于人类的食物和饮料(如茶、果汁、葡萄酒等) 中，具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用，广泛应用于食品、化妆品、保健品和医药等行业。因此， 利用基因工程技术在植物中激活或修饰PA合成，改变植物产品中的PA含量，有着广阔的应用前景。高等植物的PA合成属于苯丙烷途径的一个支路，从苯丙氨酸到最终产物PA是一个由多步生化反应组成的复杂生物合成途径。每步反应均由不同结构基因编码的酶催化。 对拟南芥种皮PA合成的研究表明植物PA合成主要受I 2R3-MYB、WD40和bHLH三类转录因子调控。这些转录因子相互作用形成复合体结合到结构基因启动子上，激活PA结构基因的表达，从而促进PA的合成和累积。拟南芥中编码PA相关的I 2R3-MYB、WD40和bHLH蛋白的基因分别是TT2、TT8和TTGl，其中TT2专一调控PA合成，并能促进TT8的表达；而TT8和 TTGl还参与其他生理过程(如花色素合成、表皮毛决定等)的调控。因此，相对于bHLH和 WD40蛋白，R2R3-MYB蛋白专一性更强，在植物花PA合成中起到关键的中心调控作用。天然彩色棉亦称有色棉，本身具有天然色彩，不需染色即可直接进行纺织加工，从而大大减少了印染工序导致的环境污染及化学染料对人体健康的危害。目前能应用的天然彩色棉主要是棕色和绿色两种，色彩单一且产量低，品质较差，很难在市场上与白色棉花竞争。前期研究中，我们发现PA是棕色棉花纤维的主要色素物质(Xiao等，2007)。本专利技术利用同源克隆的方法从棉花棕色纤维中克隆了一个拟南芥TT2同源的能促进棉花PA合成的 R2R3-MYB^SSg (GhPAPMYBl,Gossypium hirsutum proanthocyanidin promoting MYB)。 序列分析表明该基因是一个新的TT2同源基因(图1)，且与棕色纤维共分离(图幻。表达分析表明(ΛΡΑΡΜΥΒ1基因在棕色纤维中特异高表达，可能与棕色纤维中的PA合成相关(图 3)。转基因研究表明，该基因的上调表达能够促进棉花体内的PA结构基因的表达和PA的合成与累积(图4和图5)。(ihPAPMYBl基因的克隆和功能验证为在棉花和其他植物中对PA 合成进行转基因调控奠定了基础。利用棉花纤维特异启动子控制(ΛΡΑΡΜΥΒ1基因的表达有可能在棉花纤维中特异合成和累积PA，打破棕色纤维与不良性状的紧密连锁，从而创建优质高产的转基因棕色棉品系(种)。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种促进棉花和其他植物原花色素(PA)合成和累积的基因 GhPAPMTO 1。本专利技术的另一个目的是提供一种上述基因编码的蛋白质。本专利技术的再一个目的是提供含有上述基因序列的表达载体。本专利技术的进一步目的是提供上述基因在农业、林业、牧业的作物育种中的应用，即促进植物原花色素合成和积累。本专利技术也提供上述基因在制备转基因植物中的应用。根据本专利技术的一方面，所述促进植物原花色素合成和累积的基因是棉花原花色素合成调控基因(ΛΡΑΡΜΥΒ1，采用基因工程技术从棉花(Gossypiumhirsutum)中分离得到，其超量表达能够促进棉花体内的PA结构基因的表达以及PA的合成和积累。所述基因的核苷酸序列为下述核苷酸序列之一1)如 SEQ ID NO. 1 所示的 DNA 序列；2)如 SEQ ID NO. 2 所示的 DNA 序列；此外，与SEQ ID NO. 1或SEQ ID NO. 2所示的DNA序列具有98%以上同源性，且编码相同功能蛋白质的DNA序列也在本专利技术考虑范围之内。根据本专利技术的另一方面，提供由上述基因OiPAPMYBl编码的蛋白质，其为如SEQ ID N0. 3所示的氨基酸序列；或者将SEQ ID N0. 3的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸的取代、缺失或添加且具有与SEQ ID N0. 3的氨基酸序列相同生物活性的由SEQ ID N0. 3衍生的蛋白质。SEQ ID NO. 1所示的DNA序列是棉花(ihPAPMYBl基因的基因组DNA核苷酸序列， 由1067个碱基组成；SEQ ID N0. 2所示的DNA序列为棉花(ihPAPMYBl基因的cDNA核苷酸序列，由906个碱基组成。SEQ ID N0. 2为SEQ ID NO. 1去除内含子序列后的cDNA序列。两个序列编码序列表中由271个氨基酸残基组成的蛋白质序列SEQ ID N0. 3。根据本专利技术的另一方面，本专利技术亦提供包含一种或多种上述基因的重组载体，以及包含上述重组载体的宿主细胞。所述重组载体是至少含有上述一种或多种基因以及组成型或组织特异型启动子的植物表达载体。在一种实施方案中，将SEQ ID NO. 1所示的DNA 或SEQ ID N0. 2所示的cDNA构建在CaMV35S启动子下游，得到重组的植物表达载体(其结构如图5所示)或者用组织特异型启动子替换CaMV35S启动子而得到植物表达载体。进一步地，通过所述植物表达载体转染宿主而获得的转化体也属于本专利技术的范围。例如，本专利技术的植物表达载体利用电击法和冻融法等方法转化农杆菌即会得到含有该表达载体的农杆菌菌株。本专利技术还提供了所述新基因(ihPAPMYBl在促进植物中原花色素(PA)的合成和积累中应用，以及在制备转基因植物中的应用，典型地是在改良植物产品的营养价值和外观品质的新用途。本专利技术成功构建含有(ΛΡΑΡΜΥΒ1基因的植物表达载体，并以该表达载体转化棉花获得转基因棉花，经分析发现，超量表达GhMYPAPl基因能够促进PA在棉花体内的合成和累积，提高了棉花中PA物质的含量。因此该基因的表达可以在转基因植物的组织器官中激活PA合成，从而获得具有高含量PA的植物材料，培育含不同水平原花色素的植物品系(种)，改良植物产品的营养价值和外观品质。 附图说明图1 棉花(ihPAPMYBl基因与MYB36的序列比较和基因组来源A，棉花(ihPAPMYBl与MYB36两个基因在编码区的序列比较。除20个碱基差异外， GhPAPMYBl基因在ATG上游比MYB36基因少8个AG重复，二者总共有95. 8%的碱基相同。B,用两个特异引物(PAPMYB1-SF与MYB36-SF)区分GhPAPMYBl与MYB36两个基因并检测其染色体组来源。模板DNA来自T586(T)、渝棉1号(Y)、亚洲棉(A)和雷蒙德氏棉 (D)。T和Y为陆地棉含A、D两个染色体组；A和D为陆地棉的两个二倍体祖先种，分别提供 A染色体组和D染色体本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．分离的棉花原花色素合成调控基因ＧｈＰＡＰＭＹＢ１，其为下述核苷酸序列之一：１）ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１所示的ＤＮＡ序列；或２）ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．２所示的ｃＤＮＡ序列。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖月华，裴炎，丁慧，严倩，侯磊，罗明，李德谋，宋水清，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：85
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