调控植物株高的基因及其应用的制作方法

文档序号:434178阅读:345来源:国知局

专利名称::调控植物株高的基因及其应用的制作方法
技术领域
:本发明属于基因技术和植物学领域;更特别的,本发明涉及调控植物株高的基因及其应用。
背景技术
:当前,对于农作物高产育种的选育主要集中在株型和穗部性状的改良。由于品种的改良,目前已经培育出多种高产农作物品种。然而,当前的许多高产作物如水稻高产栽培品种尤其超级杂交稻存在一定的株高过高问题,导致容易倒伏、产量潜力受到限制的问题。这在很大程度上影响了作物产量的进一步提高和高产品种的推广。因此,本领域有必要研究可调节农作物株高的方法,从而进一步改良农作物的性状,提高农作物的产量。
发明内容本发明的目的在于提供调控植物株高的基因及其应用。在本发明的第一方面,提供一种分离的作物株高调节多肽,该多肽选自下组(a)具有SEQIDNO:3所示氨基酸序列的多肽;或(b)将SEQIDNO:3所示氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的,且具有调节作物株高功能的由(a)衍生的多肽。在另一优选例中,该多肽是具有SEQIDNO:3所示氨基酸序列的多肽。在本发明的第二方面,提供一种分离的多核苷酸,它包含一核苷酸序列,该核苷酸序列选自下组(a)编码所述多肽的多核苷酸;或(b)与多核苷酸(a)互补的多核苷酸。在另一优选例中,该多核苷酸编码具有SEQIDNO:3所示氨基酸序列的多肽。在另一优选例中,该多核苷酸的序列具有SEQIDNO:2所示核苷酸序列。在本发明的第三方面,提供一种载体,它含有所述的多核苷酸。在本发明的第四方面,提供一种遗传工程化的宿主细胞,它含有所述的载体。在本发明的第五方面,提供一种多肽的制备方法,该方法包含(a)在适合表达的条件下,培养所述的宿主细胞;(b)从培养物中分离出作物株高调节多肽。在本发明的第六方面,提供所述的多肽的用途,用于调节作物的株高、体积、分蘖、产量、花器大小或种子大小;或制备调节作物的株高、体积、分蘖、产量、花器大小或种子大小的物质。在本发明的第七方面,提供一种调节作物株高、体积、分蘖、产量、花器大小或种子大小的方法,所述方法包括调节作物中作物株高调节基因的表达或活性。在另一优选例中,通过提高作物中作物株高调节基因的表达或活性,降低作物株高、体积,增加作物分蘖、产量;通过抑制作物中作物株高调节基因的表达或活性,增加作物花器大小,增加种子大小,提高作物株高或体积。在本发明的第八方面,提供一种所述的作物株高调节多肽或其编码基因的激动剂或拮抗剂。本发明的其它方面由于本文的公开内容,对本领域的技术人员而言是显而易见的。图1显示了野生型拟南芥(WT)和AtEuilb过表达转基因拟南芥植株(AtEuilb-0E)的俯视图。其中,AtEuila过表达转基因拟南芥植株(AtEuila-0E)和0sEui过表达转基因拟南芥植株(OsEui-0E)植株作为对照。图2显示了野生型拟南芥(WT)和AtEuilb/AtEuilaRNAi拟南芥植株的生长状况比较图。图3显示了AtEuilb/AtEuilaRNAi拟南芥植株与野生型拟南芥植株(WT)的花器官和种子生长状况比较图。图4显示了AtEuilb启动子启动GUS报告基因的组织特异性表达。其中,箭头所指处区域为显示蓝色的区域。图5显示了野生型水稻植株(TP309)和AtEuilb过表达水稻植株(AtEuilb-0E)的生长状况比较。图6显示了野生型水稻植株(TP309)和AtEuilb过表达水稻植株(AtEuilb-OE)的株高的统计值。图7显示了野生型水稻植株(TP309)和AtEuilb过表达水稻植株(AtEuilb-OE)的有效分蘖数的统计值。图8显示了野生型水稻植株(TP309)和AtEuilb过表达水稻植株(AtEuilb-OE)的单株粒重的比较。具体实施例方式本发明人经过广泛的研究,揭示了一种对于调节作物株高、体积、分蘖、产量、花器官大小或种子大小有用的基因AtEuilb。提高该基因的表达可降低作物的株高、体积,增加作物的有效分蘖和产量;降低该基因的表达可增大作物的花器和种子。在此基础上完成了本发明。如本文所用,所述的"作物"包括但不限于禾本科植物、十字花科植物、木本科植物等。更优选的,所述的禾本科植物包括但不限于水稻、小麦、大麦、玉米、高粱等;或所述的十字花科植物包括但不限于拟南芥。如本文所用,"分离的"是指物质从其原始环境中分离出来(如果是天然的物质,原始环境即是天然环境〉。如活体细胞内的天然状态下的多聚核苷酸和多肽是没有分离纯化的,但同样的多聚核苷酸或多肽如从天然状态中同存在的其他物质中分开,则为分离纯化的。如本文所用,"分离的作物株高调节多肽"、"分离的AtEuilb蛋白"或"分离的AtEuilb多肽"是指AtEuilb蛋白基本上不含天然与其相关的其它蛋白、脂类、糖类或其它物质。本领域的技术人员能用标准的蛋白质纯化技术纯化AtEuilb蛋白。基本上纯的多肽在非还原聚丙烯酰胺凝胶上能产生单一的主带。本发明的多肽可以是重组多肽、天然多肽、合成多肽,优选的是重组多肽。本发明的多肽可以是天然纯化的产物,或是化学合成的产物,或使用重组技术从原核或真核宿主(例如,细菌、酵母、高等植物、昆虫和哺乳动物细胞)中产生。根据重组生产方案所用的宿主,本发明的多肽可以是糖基化的,或可以是非糖基化的。本发明的多肽还可包括或不包括起始的甲硫氨酸残基。本发明还包括AtEuilb蛋白的片段、衍生物和类似物。如本文所用,术语"片段"、"衍生物"和"类似物"是指基本上保持本发明的AtEuilb蛋白相同的生物学功能或活性的多肽。本发明的多肽片段、衍生物或类似物可以是(i)有一个或多个保守或非保守性氨基酸残基(优选保守性氨基酸残基)被取代的多肽,而这样的取代的氨基酸残基可以是也可以不是由遗传密码编码的,或(ii)在一个或多个氨基酸残基中具有取代基团的多肽,或(iii)成熟多肽与另一个化合物(比如延长多肽半衰期的化合物,例如聚乙二醇)融合所形成的多肽,或(iv)附加的氨基酸序列融合到此多肽序列而形成的多肽(如前导序列或分泌序列或用来纯化此多肽的序列或蛋白原序列,或融合蛋白)。根据本文的定义这些片段、衍生物和类似物属于本领域熟练技术人员公知的范围。在本发明中,术语"AtEuilb蛋白"指具有AtEuilb蛋白活性的SEQIDNO:3序列的多肽。该术语还包括具有与AtEuilb蛋白相同功能的、SEQIDN0:2序列的变异形式。这些变异形式包括(但并不限于)若干个(通常为l-50个,较佳地1-30个,更佳地1-20个,最佳地1-10个,还更佳如1-8个或1-5个)氨基酸的缺失、插入和/或取代,以及在C末端和/或N末端添加一个或数个(通常为20个以内,较佳地为10个以内,更佳地为5个以内)氨基酸。例如,在本领域中,用性能相近或相似的氨基酸进行取代时,通常不会改变蛋白质的功能。又比如,在C末端和/或N末端添加一个或数个氨基酸通常也不会改变蛋白质的功能。该术语还包括AtEuilb蛋白的活性片段和活性衍生物。多肽的变异形式包括同源序列、保守性变异体、等位变异体、天然突变体、诱导突变体、在高或低的严紧度条件下能与AtEuilb蛋白DNA杂交的DNA所编码的蛋白、以及利用抗AtEuilb蛋白的抗血清获得的多肽或蛋白。本发明还提供了其他多肽,如包含AtEuilb蛋白或其片段的融合蛋白。除了几乎全长的多肽外,本发明还包括了AtEuilb蛋白的可溶性片段。通常,该片段具有AtEuilb蛋白序列的至少约20个连续氨基酸,通常至少约30个连续氨基酸,较佳地至少约50个连续氨基酸,更佳地至少约80个连续氨基酸,最佳地至少约100个连续氨基酸。本发明还提供AtEuilb蛋白或多肽的类似物。这些类似物与天然AtEuilb蛋白的差别可以是氨基酸序列上的差异,也可以是不影响序列的修饰形式上的差异,或者兼而有之。这些多肽包括天然或诱导的遗传变异体。诱导变异体可以通过各种技术得到,如通过辐射或暴露于诱变剂而产生随机诱变,还可通过定点诱变法或其他已知分子生物学的技术。类似物还包括具有不同于天然L氨基酸的残基(如D-氨基酸)的类似物,以及具有非天然存在的或合成的氨基酸(如e、Y-氨基酸)的类似物。应理解,本发明的多肽并不限于上述例举的代表性的多肽。修饰(通常不改变一级结构)形式包括体内或体外的多肽的化学衍生形式如乙酰化或羧基化。修饰还包括糖基化。修饰形式还包括具有磷酸化氨基酸残基(如磷酸酪氨酸,磷酸丝氨酸,磷酸苏氨酸)的序列。还包括被修饰从而提高了其抗蛋白水解性能或优化了溶解性能的多肽。在本发明中,"AtEuilb蛋白保守性变异多肽"指与SEQIDNO:3的氨基酸序列相比,有至多20个,较佳地至多10个,更佳地至多5个,最佳地至多3个氨基酸被性质相似或相近的氨基酸所替换而形成多肽。这些保守性变异多肽最好根据表1进行氨基酸替换而产生。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本发明还提供了编码本发明AtEuilb蛋白或其保守性变异多肽的多核苷酸序列。本发明的多核苷酸可以是DNA形式或RNA形式。DNA形式包括cDNA、基因组DNA或人工合成的DNA。DNA可以是单链的或是双链的。MA可以是编码链或非编码链。编码成熟多肽的编码区序列可以与SEQIDNO:2所示的编码区序列相同或者是简并的变异体。如本文所用,"简并的变异体"在本发明中是指编码具有SEQIDNO:3的蛋白质,但与SEQIDNO:2所示的编码区序列有差别的核酸序列。编码SEQIDNO:3的成熟多肽的多核苷酸包括只编码成熟多肽的编码序列;成熟多肽的编码序列和各种附加编码序列;成熟多肽的编码序列(和任选的附加编码序列)以及非编码序列。术语"编码多肽的多核苷酸"可以是包括编码此多肽的多核苷酸,也可以是还包括附加编码和/或非编码序列的多核苷酸。本发明还涉及上述多核苷酸的变异体,其编码与本发明有相同的氨基酸序列的多肽或多肽的片段、类似物和衍生物。此多核苷酸的变异体可以是天然发生的等位变异体或非天然发生的变异体。这些核苷酸变异体包括取代变异体、缺失变异体和插入变异体。如本领域所知的,等位变异体是一个多核苷酸的替换形式,它可能是一个或多个核苷酸的取代、缺失或插入,但不会从实质上改变其编码的多肽的功能。本发明还涉及与上述的序列杂交且两个序列之间具有至少50%,较佳地至少70%,更佳地至少80%相同性的多核苷酸。本发明特别涉及在严格条件下与本发明所述多核苷酸可杂交的多核苷酸。在本发明中,"严格条件"是指(l)在较低离子强度和较高温度下的杂交和洗脱,如0.2XSSC,0.1%SDS,60°C;或(2)杂交时加有变性剂,如50。/。(v/v)甲酰胺,0.1%小牛血清/0.l%Ficoll,"。C等;或(3)仅在两条序列之间的相同性至少在90%以上,更好是95%以上时才发生杂交。并且,可杂交的多核苷酸编码的多肽与SEQIDNO:3所示的成熟多肽有相同的生物学功能和活性。本发明还涉及与上述的序列杂交的核酸片段。如本文所用,"核酸片段"的长度至少含15个核苷酸,较好是至少30个核苷酸,更好是至少50个核苷酸,最好是至少IOO个核苷酸以上。核酸片段可用于核酸的扩增技术(如PCR)以确定和/或分离编码AtEuilb蛋白的多聚核苷酸。应理解,虽然本发明的AtEuilb基因优选获自拟南芥,但是获自其它植物的与拟南芥AtEuilb基因高度同源(如具有80y。以上,如85%、90%、95%、甚至98%序列相同性)的其它基因也在本发明考虑的范围之内。比对序列相同性的方法和工具也是本领域周知的,例如BLAST。本发明的AtEuilb蛋白核苷酸全长序列或其片段通常可以用PCR扩增法、重组法或人工合成的方法获得。对于PCR扩增法,可根据本发明所公开的有关核苷酸序列,尤其是开放阅读框序列来设计引物,并用市售的cDNA库或按本领域技术人员已知的常规方法所制备的cDNA库作为模板,扩增而得有关序列。当序列较长时,常常需要进行两次或多次PCR扩增,然后再将各次扩增出的片段按正确次序拼接在一起。一旦获得了有关的序列,就可以用重组法来大批量地获得有关序列。这通常是将其克隆入载体,再转入细胞,然后通过常规方法从增殖后的宿主细胞中分离得到有关序列。此外,还可用人工合成的方法来合成有关序列,尤其是片段长度较短时。通常,通过先合成多个小片段,然后再进行连接可获得序列很长的片段。目前,己经可以完全通过化学合成来得到编码本发明蛋白(或其片段,或其衍生物)的DNA序列。然后可将该DNA序列引入本领域中已知的各种现有的DNA分子(或如载体)和细胞中。此外,还可通过化学合成将突变引入本发明蛋白序列中。本发明也涉及包含本发明的多核苷酸的载体,以及用本发明的载体或AtEuilb蛋白编码序列经基因工程产生的宿主细胞,以及经重组技术产生本发明所述多肽的方法。通过常规的重组DNA技术(Science,1984;224:1431),可利用本发明的多聚核苷酸序列可用来表达或生产重组的AtEuilb蛋白。一般来说有以下步骤(1).用本发明的编码AtEuilb蛋白的多核苷酸(或变异体),或用含有该多核苷酸的重组表达载体转化或转导合适的宿主细胞;(2).在合适的培养基中培养的宿主细胞;(3).从培养基或细胞中分离、纯化蛋白质。本发明中,AtEuilb蛋白多核苷酸序列可插入到重组表达载体中。术语"重组表达载体"指本领域熟知的细菌质粒、噬菌体、酵母质粒、植物细胞病毒、哺乳动物细胞病毒或其他载体。总之,只要能在宿主体内复制和稳定,任何质粒和载体都可以用。表达载体的一个重要特征是通常含有复制起点、启动子、标记基因和翻译控制元件。本领域的技术人员熟知的方法能用于构建含AtEuilb蛋白编码DNA序列和合适的转录/翻译控制信号的表达载体。这些方法包括体外重组DNA技术、DNA合成技术、体内重组技术等。所述的DNA序列可有效连接到表达载体中的适当启动子上,以指导mRNA合成。表达载体还包括翻译起始用的核糖体结合位点和转录终止子。此外,表达载体优选地包含一个或多个选择性标记基因,以提供用于选择转化的宿主细胞的表型性状,如真核细胞培养用的二氢叶酸还原酶、新霉素抗性以及绿色荧光蛋白(GFP),或用于大肠杆菌的卡那霉素或氨苄青霉素抗性。包含上述的适当DNA序列以及适当启动子或者控制序列的载体,可以用于转化适当的宿主细胞,以使其能够表达蛋白质。宿主细胞可以是原核细胞,如细菌细胞;或是低等真核细胞,如酵母细胞;或是高等真核细胞,如植物细胞。代表性例子有大肠杆菌,链霉菌属、农杆菌;真菌细胞如酵母;植物细胞等。本发明的多核苷酸在高等真核细胞中表达时,如果在载体中插入增强子序列时将会使转录得到增强。增强子是DNA的顺式作用因子,通常大约有10到300个碱基对,作用于启动子以增强基因的转录。本领域一般技术人员都清楚如何选择适当的载体、启动子、增强子和宿主细胞。用重组DNA转化宿主细胞可用本领域技术人员熟知的常规技术进行。当宿主为原核生物如大肠杆菌时,能吸收DNA的感受态细胞可在指数生长期后收获,用CaCl2法处理,所用的步骤在本领域众所周知。另一种方法是使用MgCl2。如果需要,转化也可用电穿孔的方法进行。当宿主是真核生物,可选用如下的DNA转染方法磷酸钙共沉淀法,常规机械方法如显微注射、电穿孔、脂质体包装等。转化植物也可使用农杆菌转化或基因枪转化等方法,例如叶盘法、水稻幼胚转化法等。对于转化的植物细胞、组织或器官可以用常规方法再生成植株,从而获得性状发生改变的植物。获得的转化子可以用常规方法培养,表达本发明的基因所编码的多肽。根据所用的宿主细胞,培养中所用的培养基可选自各种常规培养基。在适于宿主细胞生长的条件下进行培养。当宿主细胞生长到适当的细胞密度后,用合适的方法(如温度转换或化学诱导)诱导选择的启动子,将细胞再培养一段时间。在上面的方法中的重组多肽可在细胞内、或在细胞膜上表达、或分泌到细胞外。如果需要,可利用其物理的、化学的和其它特性通过各种分离方法分离和纯化重组的蛋白。这些方法是本领域技术人员所熟知的。这些方法的例子包括但并不限于常规的复性处理、用蛋白沉淀剂处理(盐析方法)、离心、渗透破菌、超处理、超离心、分子筛层析(凝胶过滤)、吸附层析、离子交换层析、高效液相层析(HPLC)和其它各种液相层析技术及这些方法的结合。重组的AtEuilb蛋白有多方面的用途。例如用于筛选促进或对抗AtEuilb蛋白功能的抗体、多肽或其它配体。用表达的重组AtEuilb蛋白筛选多肽库可用于寻找有价值的能抑制或刺激AtEuilb蛋白功能的多肽分子。本发明的多核苷酸的一部分或全部可作为探针固定在微阵列(raicroarray)或DNA芯片(又称为"基因芯片")上,用于分析组织中基因的差异表达分析。用AtEuilb蛋白特异的引物进行RNA-聚合酶链反应(RT-PCR)体外扩增也可检测AtEuilb蛋白的转录产物。本发明还涉及一种改良作物的方法,该方法包括调节所述植物中AtEuilb基因或其同源基因的表达或活性。促进还是抑制AtEuilb的表达或活性主要取决于作物所需改良的性状而定。当需要降低作物株高、体积,增加作物分蘖、产量时,可通过提高作物中AtEuilb的表达或活性来实现;当需要增加作物花器大小,增加种子大小,或提高作物株高或体积时,可通过抑制作物中作物株高调节基因的表达或活性来实现。增加AtEuilb基因或其同源基因表达的方法是本领域周知的。例如,可通过转入携带AtEuilb编码基因的表达构建物使植株过表达AtEuilb;或可通过用强启动子驱动从而增强AtEuilb基因或其同源基因的表达;或者通过增强子(如水稻waxy基因第一内含子、Actin基因第一内含子等)来增强该AtEuilb基因的表达。适用于本发明方法的强启动子包括但不限于35s启动子、水稻、玉米的Ubi启动子等。抑制AtEuilb基因或其同源基因表达的方法也是本领域周知的。例如,可通过RNA干扰(RNAi)或基因沉默(敲除)的技术来实现。作为本发明的一种优选方式,获得AtEuilb高表达的植株的方法如下(1)提供携带表达载体的农杆菌,所述的表达载体含有AtEuilb蛋白的DNA编码序列;(2)将植物细胞或组织或器官与步骤(l)中的农杆菌接触,从而使该AtEuilb蛋白DNA编码序列转入植物细胞,并且整合到植物细胞的染色体上;(3)选择出转入所述AtEuilb蛋白DNA编码序列的植物细胞或组织;和(4)将步骤(3)中的植物细胞或组织再生成植株。其中,可采用任何适当的常规手段,包括试剂、温度、压力条件等来实施此方法。本发明还包括AtEuilb蛋白或其编码基因的拮抗剂或激动剂。由于AtEuilb的拮抗剂或激动剂可调节AtEuilb的活性或表达,因此,所述的AtEuilb的拮抗剂或激动剂也可通过对AtEuilb的影响来调节作物株高、体积、分蘖、产量、花器大小或种子大小等,从而达到性状改良的目的。所述的AtEuilb的拮抗剂是指任何可降低AtEuilb的活性、降低AtEuilb的稳定性、下调AtEuilb的表达、减少AtEuilb有效作用时间、或抑制AtEuilb的转录和翻译的物质,这些物质均可用于本发明,作为增加作物花器大小,增加种子大小,或提高作物株高或体积有用的物质。所述的AtEuilb的激动剂是指任何可提高AtEuilb的活性、维持AtEuilb的稳定性、促进AtEuilb表达、延长AtEuilb有效作用时间、或促进AtEuilb的转录和翻译的物质,这些物质均可用于本发明,作为降低作物株高、体积,增加作物分蘖、产量有用的物质。在本发明的一个实例中,提供了一种AtEuilb基因,其基因组序列如SEQIDN0:1所示,其中开放阅读框(ORF)位于第61-353,1363-1585,1690-1943'2028-2414,2559-2979位,全长cDNA(SEQIDNO:1)为1578bp,编码一个含有525个氨基酸的蛋白质(SEQIDNO:3)。所述的AtEuilb基因可以为作物的株高、体积、产量、分蘖等方面的改良提供新的途径,因而具有巨大的应用前景。本发明的主要优点在于(1)首次分离得到一种新的作物株高调节基因,该基因具有调节作物株高、体积、分蘖、产量、花器大小或种子大小的作用,因而可极好地应用于作物品种的改良。(2)适当的矮杆和有效分蘖的增加是高产品种育种的理想株型,本发明的基因转入作物后可降低作物株高,用于矮化育种;例如在禾本科作物上通过不同的表达水平,对品种进行不同程度株高的降低、增加有效分蘖、提高产量。下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件如Sambrook等人,分子克隆实验室指南(NewYork:ColdSpringHarborLaboratoryPress,2001)或PCR引物实验室指南(CarlW.Dieffenbach禾口GabrielaS.Devkslereds.,ColdSpringHarborLaboratoryPress,1995)中所述的条件,或按照制造厂商所建议的条件。材料1.植物材料1.1拟南芥(Arabidopsisthaliana),生态型为Columbia(Col-0)。T-DNA插入突变体AtEuila(SALK—016089)。水稻品禾中-台北309(0ryzasativasspJaponica.cvTaipei309)<>1.2菌种和质粒载体农杆菌(Agrobacteriumt騰faciens):GV3101(参见Narasimhulu,S.B等,Gelvin.1996.Earlytranscriptionofvigro/a"e"'腳t-讓genesintobaccoandmaize.PlantCell8:873-886)、EHA105(参见Hood,E.E.等,1993,New爿gro/a"ej"i咖helperplasmidsforgenetransfertoplants.Transgen.Res.2:208-218)。质粒载体pBluescriptSK(pSK):购自Invitrogen公司。pCambial300S:pCambial300RS购自CAMBIA公司。pBI101.1:购自Invitrogen公司。pGEM-TEasy载体购自Promega公司。RNAi载体1300RS:购自美国Arkansas州立大学。1.3试剂和酶T4DNA连接酶、各种核酸限制性内切酶和化《画A聚合酶购自MBIFerment,TaKaRa、NewEnglandBiolabs、Promega。DNA片段的割胶回收试剂盒购自Omega。ReverseTranscriptionSystem购自GIBC0BRL。核酸分子量标准为MBI产品。pGEM-Teasy载体购自Promega(Madison,USA)。(a-32P)dCTP购自亚辉生物工程公司(北京)。反转录试剂盒采用SuperscriptFirst-StrandSynthesisSystemforRT-PCR(#11904-018,Invitrogen)系统。其它常规化学试剂均为进口原装、进口分装或国产分析纯。各种脱氧核苷酸引物由上海Sangon合成。DNA序列由上海基康,上海英俊公司测定,序列分析用Genedoc,DNAStar等软件完成。方法1.拟南芥种植、转化拟南芥无菌培养时,种子经表面(70%乙醇,30秒;无菌水冲洗4次)和深层(7%次氯酸钠,IO分钟;无菌水冲洗3次)消毒后,播于1/2MS(1/2XMurashigeandSkoogbasalmedium,0.8%琼脂粉,pH5.8)固体培养基上,4i:放置72h,然后转入22。C培养。一周后,将幼苗移栽于浸透营养液(3g/10L花无缺,上海永通化工有限公司)的人工土壤(蛭石、黑土和珍珠岩为3:1:0.5)中,然后转入人工气候室在光周期为14/10(L/D)中培养。拟南芥转化采用喷洒法,取生长状况良好的4-5周龄植株(转化前一周剪去主苔,利于侧苔抽出产生更多的花苞,提高转化效率)。将含有转基因载体的农杆菌于28。C培养至0D6。。"2.0,4,000rpm离心10min,菌体沉淀悬浮于新鲜配制的转化液(1/2MS液体培养基含5%蔗糖,0.02%SilwetL-77)中,至终浓度OD6。。"0.6-0.8。转化前,将已授粉花以及果荚去除,并使土壤吸足水。转化时将菌液均匀喷洒拟南芥,至叶片上有液滴落下,将植物用黑色的塑料袋覆盖保持湿度,避光过夜。24小时候后将植物转移到正常条件下生长。7天(d)后按上述方法重复转化1次。待种子成熟后将植株混合采收于纸袋中,在干燥器中放置7d后脱粒。Tl代种子消毒后播种在含有50Pg/mlKan或者潮霉素的1/2XMS培养基上,4'C放置72h,然后正常光照培养。2农杆菌介导的水稻成熟胚愈伤的基因转化(1)水稻成熟胚愈伤的诱导水稻307T种子去壳,70%乙醇浸泡1分钟,20%(v/v)NaCL0浸泡20-30分钟,并不停摇晃,用无菌水漂洗5-6次。无菌滤纸洗干,播于MSD培养基诱导愈伤,26。C暗培养。一周后,剔去胚乳、胚芽、胚根等,剥取愈伤组织,并继代于MSD上暗培养。每2-3周继代一次。如用TP309种子剥取愈伤,培养基用腳。(2)准备转化用菌液第一天上午从-70。C保存的菌种中挑少许于5mlYEB(Rif20mg/L+Kan50mg/L)液体培养基,28"C振荡培养过夜。第二天上午从含有农杆菌的YEB培养液中吸取1-2ml,转入25-50mlAB(20mg/LRif+50mg/LKan)液体培养基中培养,28。C培养4小时左右至0D6。。=0.5左右。(3)共培养第二天下午测OD,值,菌液离心5,000rpm,15分钟,菌体沉淀悬浮于AAM(含AS100)至菌液006。。=0.4-0.6。将菌液倒入装有水稻愈伤的三角瓶中,使愈伤浸泡其中20分钟,并不时摇晃;用无菌纸吸干菌液(或用吸管吸干菌液),把已浸泡过的愈伤组织转移到垫有一层无菌滤纸的含2.5%Phytagel的NBD(AS100)培养基上共培养2-3天。每皿再加lralAAM(+AS100)培养液充分湿润无菌滤纸。(4)筛选将愈伤组织用无菌滤纸吸干(换一次滤纸),转至含潮霉素(hygroraycin,Hyg)的筛选培养基上筛选抗性愈伤(暗培养30天左右,中间换一次筛选培养基)。筛选培养基第一次筛选用含0.26%PhytagelMS+Timentin100mg/L+Hyg30mg/L;第二次筛选用含0.26%PhytagelNBD+Timentin100mg/L+Hyg50mg/L;第三次筛选用含0.26%PhytagelMS+Timentin100mg/L+Hyg50mg/L。(5)预分化将筛选的水稻愈伤转至预分化培养基,培养io天。预分化培养基含0.45%Phytagel的MS+BAP2mg/L+NAA1mg/L+ABA5mg/L+Hyg50mg/L,pH5.7,无2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)。(6)分化将经过预分化的水稻愈伤转至分化培养基上分化成苗(光照,15-30天)。分化培养基含0.45%Phytagel的NB+BAP3mg/L+NAA0.5mg/L,pH5.7,无2,4-D。(7)生根将绿色小苗转至生根培养基上长根。生根培养基含0.45%Phytagel的1/2MS+Hyg50mg/L,pH5.7,无2,4-D。3.载体构建A55".vJMw76载体构建利用RT-PCR的方法扩增AtEuilb的cDNA编码区序列。具体步骤如下使用脂easyPlantMinikit(Qiagen),按照说明书提供的方法分离拟南芥的总賺,分离到的总RNA使用M-MLVreversetranscriptase(Promega)进行反转录产生AtEuilb的cDNA。使用TakaraperobestDNA聚合酶以cDNA作为模板进行PCR反应扩增AtEuilb的cDNA编码区序列。所用引物上游(SEQIDNO:7):5'-TGAGGATCCAAATAAAATAAAAAG-3,(划线部分分别为万^zHI位点);下游(SEQIDNO:8):5,-AAAGTCGACCACACACAAAGCAAA-3,(划线部分分别为67al位点)。PCR条件94。C变性3min;94。C变性30s,58。C复性30s,72。C延伸2min扩增35个循环;72。C保温10min。16。C保温。PCR产物回收,然后用5s历HI和"3l进行双酶切,回收并与进行了同样双酶切与回收过程的pSK载体连接,转化大肠杆菌DH5a,选酶切正确的克隆测序。测序正确后,再用和C7sl切下^^/i"的cDNA编码区序列,连入同样经5aMH和C7al双酶切的双元表达载体pCambial300S构建转基因克隆,转大肠杆菌DH5a。提质粒,酶切鉴定正确的质粒转入农杆菌GV3101和EHA105。从农杆菌中提取质粒再转入DH5a中,提取质粒并且酶切验证,确定正确的质粒已经转入农杆菌中。分别采用喷洒法转化拟南芥产生转基因植株和农杆菌介导的水稻成熟胚愈伤的基因转化获得水稻转基因植株。pAtEuilbpromoter::GUS载体构建根据Genbank上检索到的序列(GeneID:832559),在爿Ww7力基因翻译起始位点上游1.4kb范围内设计上下游引物,以拟南芥Columbia野生型7天小苗提取的基因组DNA为模板进行PCR。引物如下上游(SEQIDNO:9):5'-CTGCTGCAGACTCTATTTCCA-3,(下划线处为酶切位点Pstl);下游(SEQIDNO:10):5'-TTCAGGATCCTTTACTTTTTATTTT-3'(下划线为酶切位点BamHI)。扩增条件为94。C变性3min;然后94。C变性30s,58。C退火30s,72。C延伸2rain扩增35个循环;72。C保温10min。16。C保温。PCR产物Pstl/BamHI酶切后连入pSK载体的Pstl/BaraHI相应位点。选酶切正确的克隆测序,测序正确的克隆再用Pstl/BamHI切下力^^7Z;启动子部分,连入同样经Pstl/BamHI双酶切的双元表达载体pBI101.1,转大肠杆菌DH5a。提质粒,酶切鉴定正确的质粒转入农杆菌GV3101。从农杆菌中提取质粒再转入DH5a中,提取质粒并且酶切验证,确定正确的质粒已经转入农杆菌中。同时将pBI101.1载体转入GV3101分别作为阴性和阳性对照。AtEuilb在AtEuila的T-DM插入突变体背景下的RNAi转基因植株构建使用RNAi载体1300RS构建转基因克隆,在/IM"iM基因的第四外显子上扩增约500bp的序列,以拟南芥Columbia野生型7天小苗提取的基因组DNA为模板进行PCR。引物如下上游(SEQIDNO:11):5'-AATGGTACCACAAGAAACAA-3,(下划线处为酶切位点Kpnl);下游(SEQIDNO:12):5'-TCTAGATTTGAGCTGAAAAAA-3,(下划线为酶切位点Xbal)。扩增条件为94。C变性3min;然后94。C变性30s,5(TC退火30s,72。C延伸30s扩增35个循环;72。C保温10min。16。C保温。PCR产物Kpnl/Xbal酶切后连入pSK载体Kpnl/Xbal相应位点。选酶切正确的克隆测序,测序正确的克隆再用Kpnl/Xbal切下AtEuilb部分片断,同样经Kpnl/Xbal双酶切的双元表达载体1300RS,转大肠杆菌DH5a。提质粒,酶切鉴定正确的质粒转入农杆菌GV3101。从农杆菌中提取质粒再转入DH5a中,提取质粒并且酶切验证,确定正确的质粒已经转入农杆菌中。采用喷洒法转化AtEuila的T-DNA插入突变体,从而获得在AtEuila的T-DNA插入突变体背AtEuilbRNAi转基因拟南芥植株(AtEuilb/At:EuilaRNAi)。JWW76基因的克隆本发明人通过拟南芥基因组序列的搜索和生物信息学的研究,发现2个P450单加氧酶714A1与714A2基因,初步预计它们参与赤霉素控制的植物生长发育,本发明人将它们命名为AtEuila和AtEuilb。其中,AtEuilb基因编码区基因组序列(genomicDNA)如SEQIDNO:1所示;AtEuilb基因编码区cDNA序列如SEQIDNO:2所示;AtEuilb蛋白序列如SEQIDN0:3所示。AtEuila基因编码区基因组序列如SEQIDNO:4所示;AtEuila基因编码区c腦A序列如SEQIDNO:5所示;AtEuila蛋白序列如SEQIDNO:6所示。实施例2AtEuilb过表达转基因拟南芥降低株高与体积本实施例中,本发明人分别制备了可过表达拟南芥AtEuilb、AtEuila和水稻OsEui的转基因拟南芥植株。以野生型(wt)、过表达拟南芥AtEuila(AtEuila-OE)和水稻0sEui的转基因植株为对照。在培养各植株约4周后,检测植株的生长状况,结果见图l。由该图可见,野生型的拟南芥生长得最大;过表达拟南芥AtEuilb的植株比野生型明显小;而过表达拟南芥AtEuila和水稻OsEui的植株生长得最小。本发明人在培养各植株约7周后分别测量了野生型、过表达拟南芥AtEuilb、AtEuila和水稻OsEui的转基因拟南芥植株的株高,它们的株高平均值依次是26.2cm,14.2cm,9.63cm,3.7cra,因此AtEuilb过表达转基因拟南芥的株高明显低于野生型。实施例3AtEuilbRNAi或敲除突变体增加植株髙度或体积本实施例中,本发明人制备了在Xti;'"ih的T-DNA插入突变体背景F力f,&乃RNAi转基因拟南芥植株(AtEuilb/AtEuilaRNAi),和AtEuilb被敲除(konckout)的拟南芥植株变异体。培养两种植株约10天后,观察AtEuilbRNAi或敲除突变体对于株高或体积的影响,以相同培养条件的野生型植株为对昭。AtEuilbRNAi的植株与野生型植株的生长状况见图2所示,与野生型植株相比,AtEuilbRNAi的植株的叶片面积明显增加,株高明显增加,体积明显增加。另外,与野生型植株相比,AtEuilb敲除突变体也存在明显的叶片面积增加、株高增加、体积增加现象。由此可见,降低或沉默AtEuilb的表达可增加植株高度和体积。也即AtEuilb是一种与降低植株高度和体积相关的基因。实施例4AtEuilbRNAi或敲除突变体增加花器与种子大小本实施例中,本发明人观察了AtEuilbRNAi的拟南芥植株或AtEuilb被敲除的拟南芥植株的花器和种子的生长状况,以野生型拟南芥的花器和种子为对照。AtEuilbRNAi的拟南芥植株与野生型拟南芥植株的花器和种子生长状况如图3所示,与野生型相比,AtEuilbRNAi的拟南芥植株的花器明显增大,种子明显增大。另外,与野生型植株相比,AtEuilb敲除突变体也存在明显的花器增大,种子增大现象。由此可见,降低或沉默AtEuilb的表达可增加植株的花器和种子。也即AtEuilb是一种与减小花器和种子大小相关的基因。实施例5AtEuilb启动子启动GUS报告基因的组织特异性表达本实施例中,本发明人构建了p^fi/i76pr咖otejv.'05"载体,转入农杆菌后制备拟南芥基因植株。利用常规的GUS报告基因检测法观察植株中GUS报告基因的表达情况。结果如图4所示,可见GUS报告基因可在植株的茎、叶生长旺盛的部位表达,在植株的根部基本上没有表达。因此,AtEuilb基因是一种组织特异性基因。实施例6AtEuilb过表达转基因水稻降低株高本实施例中,本发明人制备了AtEuilb过表达的转基因水稻植株(AtEuilb-0E),观察AtEuilb过表达对于水稻植株的影响,以相同条件下培养的野生型水稻植株TP309作为对照。在培养植株约110天后,植株的生长情况如图5所示,可见AtEuilb过表达的转基因水稻植株的株高明显低于野生型。对于过表达AtEuilb植株和野生型植株的株高的统计图见图6所示。实施例7AtEuilb过表达转基因水稻增加有效分蘖与产量本实施例中,本发明人检测了AtEuilb过表达的转基因水稻植株(AtEuilb-OE)和野生型植株TP309的分蘖数与产量,以论证AtEuilb过表达对于水稻分蘖与产量的影响。在培养植株抽穗后对有效分蘖进行分蘖数计数,统计结果如图7所示。野生型植株的分蘖数约10个,而AtEuilb过表达植株的分蘖数为约20-22个。可见AtEuilb过表达可明显增加植株的有效分蘖数。在植株成熟后,本发明人还统计了AtEuilb过表达植株和野生型植株的产量情况。结果如图8所示,可见AtEuilb过表达的转基因水稻植株的单株粒重明显增加。实施例8AtEuilb蛋白变异体的功能用一编码序列替换A55V.'力^^'M载体中的AtEuilbcDNA编码区,所述编码序列编码的蛋白具有SEQIDNO:3类似的序列,不同处仅在于第522位为Leu的(AtEuilb野生型蛋白中为Ile)。同前述方法将该载体转化农杆菌,制备转基因植物。结果显示,该转基因植株的株高比野生型降低。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。序列表<110>中国科学院上海生命科学研究院<120>调控植物株髙的基因及其应用<130>074112<160〉12<170>Patentlnversion3.3<210〉1〈211〉3040<212〉DNA<213〉拟南芥(Arabidopsisthaliana)<400〉160atggagagtttggttgttcagc犯tttggtgcatagttattgtcgg肌tc120ttcagcgtaggttatcatgtgtatgga卿gcggtggtggagcagtggaggatgcggagg180agtttaaagttgcaaggcgtgaagggtcctccaccgtcgatctttaacggcaatgtgtcg240gagatgcaacggattcagtcggaggctaaacactgttccggcgataacatcatttctcat300gactattcttcttctctatttcctcatttcgatcactggccggtttgttt360tttaaatctcgtttagtaca犯atgcatacEitataacaMtcatttaaat420cgtaaacteigaacaacat11ataaatctattaactacatatgaagtttcatttacacagt480ttttaagtttatgggtttgatattcgagccatatcatcgc540a犯tgcactagtggtt肌犯犯tatattgttttttgatag600ttttcattatatcttggcttctcatacattttaaataataaatccttc犯660tttttatggattttagaggtacttatcatttcaacttaggttttgaatggatcttgtggt720tagtgcggactaatccgtcagcggtgt犯tccatattatttttggggcgg780gctgtggatttagtct幼aggttagtgtgtagtgttttttUttgttttt840ttttagtcccactataatttatgaatggtaaat肌a肌gcgatccggttt900gtaaatgttattattcgtttggaccgctgtaaccattcaaaagtttctca960atacattttttattgttcEiaaagttaatgttcttcatagtagggtccatc1020ggcattgaacgtttcacttgaagacagctttgcaagcttt1080ttctcagttaacgttac3Cgcattaccagstag犯ga犯atatcccatca11403t3tatagaagaaacgtctgcatataggttattctaaatt1200aattagagaaatatgatccacgcacatatttacttaattg犯ttcaatacaaataaaagt1260tgtgcatgagcatgatgattgtgatttgggcgtggctgaacttgaacc犯gtttgatatt1320ggtttggagtaatttttttttaatacaaa3^cggt肪tgaagg卿g3tttacacatactc1380aagcagcaccccacccggaaatggtgaaggagcttagcca1440cttaaccttggtagaatcactcacatcaccaaacgccttaaccccattct1500cggcaatggcatcatcacctctaatgggcctcattgggcccatcaacgtcgtatcattgc1560cteitgagtttetcccetcg3C3tctattcacattgcgaact33tt333g3t31620tggatgtagatatatattgatttgaeieitattgttgtgattgcctgattgg1680tgaatggtgaagggaatggttggtttaatggtggaatctgccatgccaatgttgaacaaa1740tggga卿gatggtga肌eigaggag眺犯atgggttgtggicataagagtggacgaagac1800ctt犯ggatgtctcagctgatgtcatcgctaaggcttgctttgggagctctttttcaaaa1860tattctct3tcttttasccgacgaagcgtc1920ctcttcagattc犯tggcttcacgt鄉tttcgatatatttatUUtctetcttcttcca1980tgcaaaactatttctctatataa/tatagttgagtatacggtggcaagtgatatggtgttt2040ggaagtaagaagcatggtgatgtggatattgatgcgcttgagaatcttct2100atatgggaaacggtt卿gagaatgt犯ggatactcacaag33gg3tCt32160atgcagttgatactcgagggagcgatgcga鄉tgcgatggtaacttgtgggacaagtca2220gcctatagacaccgcagtctaaaattcgcgcctaatctcacattgaatgaacaatgagaccttggagacccgagaccccgggaatctcta3C3tgCgt3gtcaaagttcagtagagcctccttttataatggtttgtggtcagtgtcttgatg犯atcttatttatacactgttaatatatatacccaccttgtggtgcc卿tctgggg3ggcttgcaagcaaaaacttgttttactctaacatggtgtgatttaatttggacaattgcgtgccttatggagttcttgccttttatttaagcaccaatc犯卿gagtgaccagacgcaataccctcagtggtatgatgttccccgacttgtcattagggctttgtgtgaagagcatctctcctcgctc犯gaatggcagtgggaagagtgcatttgga犯cgacttcatcatacatcctatcagcactgttgtttgacttcgaatttcatttcgccggtcaatcctagttcccgacgcgaa犯cgttagcttattttatgacaatggtaagcatccaacactcattccagccag柳gcatttggccttgcttgtttcctccaagccatgtgttacgtacatgattcattggcaggttagaatcaattgag犯tttta犯tac33gaaagacataagatgccttacacgtttagtgagtgg3cc犯gaacttattgtctaaactccttgatccgtaga22802340240024602520258026402700276028202880294030003040〈210〉2〈211〉1578<212〉脆<213>拟南芥(Arabidopsisthaliana)〈400〉2atgg卿gttttcagcgtagagtttaaagtgagatgcaacgactattctttacacatactgagcttagccaaccccattccgtatcattggaatctgccaggttgtgacagcttgctttgttaaccgccatttggaagtatctatstgggctaatgcagttcagcctatatcaaccgcaggttaaaattcattcctaatcgcaccaatcga卿gagtgtccagacgcaataccctcagtggtatgatggtccccgacttgtcattagggtggttgttcagttatcatgttgc卿gcgtggeittcagtccttctctattcaacggggtttcggc犯tggcctatgagtttgccaatgtttaagagtggaggagctctttttactaaacg卿agcatgga貼cggtt犯tgatactcgagacggtttgttctcagtgtcgcgatgaaattca犯acggttgggaagagagcatttggaccatacatccc肌gtga犯gtatcagcactcttgtttgagtatgg犯gag卿ggtcctggaggct犯atcctcatttcaaagcagcacacttaaccttcatcatcacctacccacgacg犯ca犯tggcgaagaccttttc£i£iaaggcaagcgtcctctgatgtggatgg卿ggg犯gggagcgatgggtggacaatttggtgccttcttgagttctactcattcctgcceigagaggatttggccttgcttgtttcatccaagccatgcaatttggtgcggtggtggccaccgtcgacactgttccggatcactggcctttacat犯ggtagaatcatctaatgggcg肌g柳tggaaggatgtctttcagattcaattgatgcgcattgaatgtacgaagctgcgtgc犯gagcaatgctcctcgtgcaagaatggeicataagacgccttacaccUtagtgaggcttattgtctaaactccttggcatagttatagcagtggagtctttaacgggcgataacataccacccggactcacatcacctcattgggcgaatggttggtgaaaagaggcagctgatgttctctatgatatggcttcacttgagatggaaggatactcaatggtaactttctatttcgcctctcaertccgcattcccgattggagacctgagaccccgagaatctct犯catgcgtaggc犯agttcagtagagcctcatgtcggaatcgatgcggaggcaatgtgtcgcatttctcatcggaaggattaatggtgaagca犯cgccttccatcaacgttttaatggtgcatcgctaagtagggatctttg由tggtgattag犯tctc犯g^ggatgtgggacaagcggacatgattagUggcagcgcagaatcatgtggtgccagatctggggaggcttgca犯caaaaac111ttttactcttacatggtgtt60120180240300360420480540600660720780840900960l咖1080114012001260132013801440150015601578<210〉3<211〉525〈212〉PRT<213〉拟南芥(Arabidopsisthali咖)<400>3Met1lieValGlylie65AspTyrlieAsnGly145ArgGlyMetAspSer225LeuThrAlaArglie305SerAlaLeuSerLys385AlaLeuGluValGluPro50GinTyrGlyAsnLeu130AsnlieLeuValLeu210SerThrAspLeuGlu290LeuSerGlyGin35ProSerSerArgHi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