专利名称：利用BGIos1025基因促进植物根的生长的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于促进植物根的生长的方法。特别地，本发明利用BGIOS1025基因促进植物根的生长。
背景技术：
水稻是我国重要的经济作物，其栽种面积为4. 5亿亩左右。世界上约有60%的人口以稻米作为日常主食。通过水稻的分子育种来提高产量，给全球的粮食生产带来了巨大收益。矮秆基因的利用和多分蘖水稻的育成，使我国的水稻产量取得了巨大飞跃。但在相当长的一段时间里，我国的水稻单产出现了徘徊不前的局面。由此，许多育种工作者从育种理论和方法上提出了新的思路和设想，希望使水稻单产取得新的突破。在水稻的高产育种理论上，国际水稻研究所于20世纪90年代初就提出了基于新株型的超级稻理论，然而，到目前为止，在水稻的育种科研与实践中对水稻地下部分的形态和生理性状的改良却未能在水稻的分子育种中得以具体体现。目前我国水稻的水肥利用率低，这不仅造成大量人力、物力和财力的浪费，而且大量的化学肥料和农药通过地表径流以及土壤渗透排入江河湖泊和地下水中，对地表和地下水造成严重污染。这已经成为环境污染的一个重要方面。另一方面，全世界近一半的水稻种植面积处在缺水的状态下，严重影响了水稻产量的提高。我国很多地区由于相对缺乏灌溉用水，致使水稻生产难以发展，这在一定程度上影响了耕地资源的充分利用。因此，提高水稻本身的水肥利用率，发展节水型水稻，是新时期可持续农业发展的又一基本要求。而对于提高水稻品种本身的肥料利用率来说，根系的相关形态和生理性状的改良至关重要。随着环保和农业的进一步发展，在经济发达的地区，解决水稻易发生根倒伏，提高水肥利用率已成为提高水稻产量和发展的一个关键问题。从根系角度研究水稻抗根倒伏的生物学、力学机制及其遗传基础，对于从栽培和育种角度减轻水稻根倒伏的危害，具有巨大的现实和长远意义。水稻根系既是吸收养分和水分的重要器官，也是一些物质合成和运输的器官，它的形态发育对水稻产量和品质的影响很早就引起人们的注意。育种学家主要关注于环境对根系生长发育的影响(孙传清等，中国农业科学.1995，观(1) :42-48)以及根系与产量等因素之间的相互关系(凌启鸿等，中国农业科学.1984，(4) :3-11)，然而，关于根系的分子育种研究却很少报道。与根系性状表达相关的分子标记的开发表明，控制水稻根系发育的是数量性状(Yadav 等人，Theor Appl Genet. 1997,94 :619-632 ；徐吉臣等，遗传学报· 2002， 29(3) :245-249)，但这并未引起足够的重视。石庆华等(中国农业科学.1997，30 (4) 61-67)研究了根系发育与地上部分的相关关系，并指出，在栽培上培育有利于塑造理想株型的根型是水稻高产栽培的新要求，深根系更有利于高产。但是，育种工作者至今未能就什么是理想的水稻根型提出具体明确的指标。目前，如何从思路和技术上提出一种崭新的方法来定位水稻根系发育的基因已成为水稻育种的关键。相关研究表明，检测自然选择信号可能是一条崭新的、高通量的鉴定有用基因的道路。由于人工选择的时间短，遗传重组事件少，受选择的基因与其邻近区域会紧密连锁，因此，如果观察到一个基因组区域的多态性分布很特别，具有统计学显著性，那么该区域含有的基因和突变位点即有可能与选择的性状相关。研究表明，水稻全基因组大约6%的区域为SNP高变区，这些区域可能富集了与亚种分化和重要复杂农艺性状相关的基因(Tang 等人，PLoS Genet. 2006，2 :el99)。Gao L Z 等(BMC Evolutionary Biology. 2008,8 :11)通过对栽培稻和普通野生稻进行对比分析，建立了理论群体遗传学数学模型，检测了 60个微卫星位点所受的人工选择，发现了一些留有显著选择痕迹的位点以及其近邻的可能的功能基因。但这些研究离从全基因组水平全面分析人工选择的基因依然遥远，这主要是因为数据量远远不够，模型和方法也有待提高。迄今为止识别出的水稻性状基因如 qSHl、Rc、sh4、hdl (Kovach 等人，Trends in Genetic s. 2007，23 (11) :578-587)， 以及 PR0Gl(Jin 等人，Nature Genetics. 2008,40(11) 1365-1369)和 GIFl (Wang 等人， NatureGenetics. 2008,40(11) :1370-1374)仍然是通过传统的图位克隆手段获得的。新一代测序技术(如Solexa、Solid测序仪)的出现，为廉价高效地获得水稻根系发育基因和基因家族提供了前所未有的机会。利用野生稻与栽培稻的基因组重测序数据和技术，能够比较各栽培种及野生种的基因组结构的异同，这使运用进化基因组学的理论和方法来获得根系发育相关的基因或基因组功能元件成为可能。长期以来，对水稻根系发育形态、生理性状的遗传改良一直未能在水稻的分子育种中得以体现。虽然杂交水稻的根系比常规品种在形态和生理上占有优势，使育种家看到了根系改良的重要性和实际效果，但是迄今为止未能提出一套具体的改良指标。因此，需要进一步研究和开发水稻根系发育相关基因，以进一步提高根系对营养的吸收和对水肥的利用率，减少农药的施用，增加地上部分的分蘖和收获等。随着水稻分子育种理论与技术的不断成熟和完善，以及遗传转化体系的建立和优化，利用新型测序技术结合基因组学方法来鉴定受人工选择的基因资源，使得利用基因组重测序技术发掘根系发育相关基因和遗传转化成为可能。水稻地下部分发育的改良将进一步提高水稻的产量、品质和抗性等。水稻根系发育相关基因的开发和遗传转化对于提高水稻地上部分的产量、降低农业投入、缓解环境污染、实现农业可持续发展具有重要的意义， 其有利于增强我国农业在国际上的竞争力。
发明内容
本发明通过实验证实，基因BGIosl025(其序列可以是SEQ ID NO 7)具有促进植物根系生长的功能。因此，在一个方面，本发明提供了含有基因BGIOS1025的载体。在一个实施方案中，所述载体优选是表达载体，更优选是在植物中高效表达基因BGIosl025的载体，例如包含基因BGIosl025的重组载体p6，如本发明的重组载体p6+BGIosl025。在另一个方面，本发明提供了含有基因BGIosl025或根据本发明的载体的宿主细胞。在一个实施方案中，所述宿主细胞优选是根癌农杆菌，例如根癌农杆菌 EHA105-p6+BGIosl025。在另一个方面，本发明提供了基因BGIosl025和/或根据本发明的载体和/或宿主细胞用于促进植物根系生长或用于制备转基因植物或用于植物育种的用途。在一个实施方案中，所述转基因植物与未进行转基因的植物相比，展示更优良的植物根系生长。
在另一个方面，本发明提供了促进植物根系生长的方法，其包括将基因BGIosl025 和/或根据本发明的载体转化入植物，或用根据本发明的宿主细胞感染植物。在一个实施方案中，通过本领域公知的方法，例如根癌农杆菌转化法来将基因 BGIosl025或根据本发明的载体转化入植物。在一个实施方案中，基因BGIosl025可操作地连接至在植物中有效的表达调控元件，例如启动子和/或终止子，优选玉米泛素启动子和/或NOS终止子。在另一个方面，本发明提供了产生转基因植物的方法，所述方法包括以下步骤1)将基因BGIosl025和/或根据本发明的载体转化入植物愈伤组织，或用根据本发明的宿主细胞感染植物愈伤组织；2)从所述愈伤组织再生转基因植物。在一个实施方案中，通过上述方法产生的转基因植物与未进行转基因的植物相比，展示更优良的植物根系生长，例如转基因植物的根系浅层分布更密集。在一个实施方案中，通过本领域公知的方法，例如根癌农杆菌转化法来将基因 BGIosl025和/或根据本发明的载体转化入植物愈伤组织。在一个实施方案中，基因BGIosl025可操作地连接至在植物中有效的表达调控元件，例如启动子和/或终止子，优选玉米泛素启动子和/或NOS终止子。在另一个方面，本发明提供了通过上述方法产生的转基因植物。在另一个方面，本发明提供了含有基因BGIosl025或本发明的载体或被本发明的宿主细胞感染的植物愈伤组织。在另一个方面，本发明提供了上文所述的植物愈伤组织用于制备转基因植物或用于植物育种的用途。在另一个方面，本发明提供了一种转基因植物，其被导入了基因BGIosl025和/或根据本发明的载体和/或根据本发明的宿主细胞。在一个实施方案中，所述转基因植物，与未导入基因BGIosl025或根据本发明的载体或根据本发明的宿主细胞的对照植物相比，展示更优良的植物根系生长，例如转基因植物的根系浅层分布更密集。在一个实施方案中，基因BGIosl025可操作地连接至在植物中有效的表达调控元件，所述表达调控元件例如启动子和/或终止子，优选玉米泛素启动子和/或NOS终止子。在本发明中，重组载体p6是指，包含玉米泛素启动子和NOS终止子的 pCAMB IA-1301 载体。在本发明中，植物优选是单子叶植物，更优选为水稻、谷子(Setariaitalica)、小麦、高粱、玉米，特别优选为水稻，例如日本晴。发明的有益效果本发明通过实验证实，基因BGIosl025具有促进植物根系生长的功能。从而，与现有技术相比，本发明的技术方案将进一步提高根系对营养的吸收和对水肥的利用率，减少农药的施用，增加地上部分的分蘖和收获，进一步提高水稻的产量、品质和抗性。这对于降低农业投入、缓解环境污染、实现农业可持续发展和增强我国农业在国际上的竞争力具有重要的意义。关于牛物材料保藏的说明
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本发明涉及以下生物材料1.普通野生稻元江种子，其于2010年9月6日保藏于湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学保藏中心，即中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCC P201011 ；2.根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) EHA105，其于 2009 年 12 月 24 日保藏于湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学保藏中心，即中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为 CCTCC M 209315 ；3.水稻日本晴种子，其于2009年12月18日保藏于湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学保藏中心，即中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCC P200910。下面将结合附图和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将理解，下列附图和实施例仅用于说明本发明，而不是对本发明的范围的限定。根据附图和优选实施方案的下列详细描述，本发明的各种目的和有利方面对于本领域技术人员来说将变得显然。附图概述
图1是显示愈伤组织⑶S染色的检测结果的照片。左边的愈伤组织为未转化 BGIosl025基因的对照愈伤组织，右边的愈伤组织为转化了 BGIosl025基因的转基因愈伤组织。图2是显示水稻苗的根系性状观察结果的照片。其中，左边试管为未转化 BGIosl025基因的对照水稻苗，右边试管为转化了 BGIosl025基因的转基因水稻苗。
具体实施例方式实施例1 :BGIosl025基因的PCR扩增和pMD18_T+BGIosl025重组载体的构建1.PCR 扩增使用植物基因组DNA提取试剂盒(TIANGEN新型植物基因组DNA提取试剂盒，目录号DP320-02)提取普通野生稻元江(Oryza.rifupongonYuanjiang)(其由中国科学院昆明动物研究所董杨提供)的基因组DNA(gDNA)。根据BGIosl025基因的碱基序列，设计一对PCR特异性扩增引物上游引物Fl (SEQ ID NO=D包含限制性酶切位点BamHI，下游引物 R1(SEQID NO 2)包含限制性酶切位点^(bal。以上述提取的元江gDNA为模板，利用上游引物F1、下游引物Rl和高保真Ex Taq (TaKaRa,DRR100B)聚合酶进行PCR扩增。PCR扩增体系如表1所示。表1 :BGIosl025基因的PCR扩增体系
权利要求
1.含有基因BGIosl025的载体，所述载体优选是表达载体，更优选是在植物中高效表达基因BGIosl025的载体，例如包含基因BGIosl025的重组载体p6。
2.含有基因BGIosl025或权利要求1的载体的宿主细胞，所述宿主细胞优选是根癌农杆菌，例如根癌农杆菌EHA105-p6+BGIosl025。
3.基因BGIosl025和/或权利要求1的载体和/或权利要求2的宿主细胞用于促进植物根系生长或用于制备转基因植物或用于植物育种的用途。
4.权利要求3的用途，其中，所述植物优选是单子叶植物，更优选是水稻、谷子、小麦、高粱、玉米，特别优选是水稻； 优选，所述转基因植物与未进行转基因的植物相比，展示更优良的植物根系生长。
5.一种促进植物根系生长的方法，所述方法包括将基因BGIosl025和/或权利要求1 的载体转化入植物，或用权利要求2的宿主细胞感染植物，其中，优选，通过根癌农杆菌转化法来将所述基因和/或所述载体转化入植物； 优选，所述基因可操作地连接至在植物中有效的表达调控元件，所述表达调控元件例如启动子和/或终止子，优选玉米泛素启动子和/或NOS终止子；所述植物优选是单子叶植物，更优选是水稻、谷子、小麦、高粱、玉米，特别优选是水稻。
6.一种产生转基因植物的方法，所述方法包括以下步骤1)将基因BGIosl025和/或权利要求1的载体转化入植物愈伤组织，或用权利要求2 的宿主细胞感染植物愈伤组织；2)从所述愈伤组织再生转基因植物；其中，所述植物优选是单子叶植物，更优选为水稻、谷子、小麦、高粱、玉米，特别优选为水稻；优选，通过根癌农杆菌转化法来将所述基因和/或所述载体转化入植物愈伤组织； 优选，所述基因可操作地连接至在植物中有效的表达调控元件，所述表达调控元件例如启动子和/或终止子，优选玉米泛素启动子和/或NOS终止子；优选，所产生的转基因植物与未进行转基因的植物相比，展示更优良的植物根系生长。
7.通过权利要求6的方法产生的转基因植物，所述植物优选是单子叶植物，更优选为水稻、谷子、小麦、高粱、玉米，特别优选为水稻。
8.含有基因BGIosl025或权利要求1的载体或被权利要求2的宿主细胞感染的植物愈伤组织，其中，所述植物优选是单子叶植物，更优选是水稻、谷子、小麦、高粱、玉米，特别优选是水稻。
9.权利要求8的植物愈伤组织用于制备转基因植物或用于植物育种的用途。
10.一种转基因植物，其被导入了基因BGIosl025和/或权利要求1的载体和/或权利要求2的宿主细胞，其中，所述植物优选是单子叶植物，更优选为水稻、谷子、小麦、高粱、玉米，特别优选为水稻；优选，所述基因可操作地连接至在植物中有效的表达调控元件，所述表达调控元件例如启动子和/或终止子，优选玉米泛素启动子和/或NOS终止子；优选，所述转基因植物与未导入基因BGIosl025或权利要求1的载体或权利要求2的宿主细胞的植物相比，展示更优良的植物根系生长。
全文摘要
本发明涉及利用BGIos1025基因促进植物根的生长，提供了利用BGIos1025基因促进植物根的生长的方法和用途。本发明还提供了具有导入的BGIos1025基因的转基因植物，以及产生此类转基因植物的方法。
文档编号C12N15/82GK102465143SQ20101053931
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者倪雪梅, 张印新, 张耕耘, 李宁 申请人:深圳华大基因科技有限公司