一种ZmLAX3蛋白及其编码基因与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及植物基因工程技术领域，尤其涉及一种ZmLAX3蛋白及其编码基因与 应用。
【背景技术】
[0002] 随着世界经济高速增长，玉米作为集粮食、饲料、工业加工等多种用途于一身的重 要作物，全球需求量剧增。中国是世界玉米生产大国，提高玉米产量成为我国玉米产业亟需 解决的问题，也是农业生产和社会经济的迫切需要。
[0003] 产量性状是玉米的重要农艺性状之一，为多基因控制的数量性状，基因间存在复 杂的相互作用，基因表达易受环境影响，表现为性状的连续变异，遗传基础十分复杂。玉米 产量性状是穗行数、行粒数、粒重等多个农艺性状综合作用的结果，这些性状相互作用、相 互影响。
[0004] 目前玉米产量性状的研宄主要集中于QTL(quantitative trait locus)分子 标记的开发，并以此作为辅助育种手段。许多学者在玉米产量性状及其遗传基础方面做 了大量的卓有成效的研宄工作，定位出大量与产量性状相关的QTL。虽然在玉米产量和 产量构成性状上已定位若干个QTL位点（石云素，玉米重要自交系遗传多样性分析及产 量相关性状 QTL 研宄，2008 ;Toledo et al.，Genet. Mol. Res.，2011，10, 2133-2139 ;Lu et al.，J Integr. Plant Biol.，2006,48, 1233 - 1243;. Veldboom et al.，Theor Appl Genet, 1994, 89, 451-458)，但这些QTL很少在不同种质（温带种质和热带种质）中被共同 检测到，而且与环境之间有显著互作，环境之间稳定的QTL很少，对分子标记辅助选择的通 用性增加了挑战（Luna et al.，Mol Breed, 2006, 17, 227-239)。穗行数是一个与产量相 关的重要性状，关于穗行数的研宄也主要集中于QTL位点的开发（Li et al.，Genet.Mol. Res.，2014, 13, 1707-1716 ;Zhang et al.，Theor Appl Genet, 2013, 126, 1545-1453 ;)。在 与穗行数相关基因的研宄工作中，仅有Bomment等（Nat. Genet.，2013, 45, 334-337)在玉米 中发现FEA2基因能够使花序分生组织增大，并提高穗行数，具有提高玉米产量的潜力。
[0005] LAX3基因是编码生长素输入载体蛋白的基因，表达部位主要集中在根和中空的 维管组织中（Swarup et al.，Biochem Soc T.，2000, 28, 481-485)。LAX3 载体运输蛋白属 于多基因家族AUX/LAX家族，具有功能保守性和生长素吸收转运功能。
【发明内容】
[0006] 本发明一个目的是提供ZmLAX3蛋白及其编码基因。
[0007] 本发明提供的蛋白，命名为ZmLAX3,是如下1)或2):
[0008] 1)序列表中序列2所不的蛋白质；
[0009] 2)将序列表中序列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/或添加且具有相同功能由序列2衍生的蛋白质。
[0010] 上述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加为不超过10个氨基酸 残基的取代和/或缺失和/或添加。
[0011] 编码上述蛋白质的DNA分子也是本发明保护的范围。
[0012] 上述DNA分子是如下1)-4)中任一种的DNA分子：
[0013] 1)编码区为序列表中序列1所示的DNA分子；
[0014] 2)编码区为序列表中序列3所示的DNA分子；
[0015] 2)在严格条件下与1)限定的DNA序列杂交且编码具有相同功能蛋白质的DNA分 子；
[0016] 3)与1)限定的DNA序列至少具有70%、至少具有75%、至少具有80%、至少具有 85%、至少具有90%、至少具有95%、至少具有96%、至少具有97%、至少具有98 %或至少 具有99%同源性且编码具有相同功能蛋白质的DNA分子。
[0017] 上述严格条件可为在6XSSC，0. 5%SDS的溶液中，在65°C下杂交，然后用2XSSC， 0? 1 % SDS 和 1 X SSC，0? 1 % SDS 各洗膜一次。
[0018] 含有上述DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌也是本发明保护 的范围。
[0019] 转基因细胞不包括植物繁殖材料。
[0020] 上述重组载体为将上述DNA分子插入表达载体中，得到表达上述蛋白的重组载 体。
[0021] 在本发明的实施例中，所述表达载体为pZP211: : UBI。
[0022] 上述重组载体为将序列表中序列3所示的ZmLAX3基因替换pZP211::UBI表达载 体的BamHI和Sac I酶切识别位点间的DNA片段得到的载体，表达ZmLAX3因，将该阳性质 粒命名为 PZP211 UBI::ZmLAX3。
[0023] 扩增上述DNA分子全长或其任意片段的引物对也是本发明保护的范围。
[0024] 上述引物对具体为如下：
[0025] 上游引物：5' -ATGGATCCTCATCGGCTGGGCGTGGTCT-3' 如序列 4 所示；
[0026] 下游引物：5' -ATGAGCTCTGTCAGGCTCAGGCAGGGTC-3,如序列 5 所示；
[0027] 上述蛋白、上述DNA分子或上述重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌在改良 植物株型和/或改良果穗性状中的应用也是本发明保护的范围；
[0028] 所述改良植物株型具体体现在提尚株尚、提尚糖位叶面积、减小糖位叶夹角、提尚 雄穗长度；
[0029] 所述穗位叶面积进一步具体为穗上叶面积、穗部叶面积和/或穗下叶面积；
[0030] 所述穗位叶夹角进一步具体为穗上叶夹角、穗部叶夹角和/或穗部叶夹角；
[0031] 所述改良果穗性状具体体现在提高果穗穗长、减小果穗穗粗、减小果穗穗行数、提 高果穗行粒数、增加籽粒粒宽和/或增加籽粒粒厚。
[0032] 所述植物为单子叶植物或双子叶植物，所述单子叶植物为玉米。
[0033] 本发明另一个目的是提供一种培育转基因植物的方法。
[0034] 本发明提供的方法，为将编码上述蛋白的DNA分子导入目的植物，获得转基因植 物，
[0035] 所述转基因植物具有如下1-10)中至少一种特征：
[0036] 1)所述转基因植物的株高大于所述目的植物的株高；
[0037] 2)所述转基因植物的穗位叶面积大于所述目的植物的穗位叶面积；
[0038] 所述穗位叶面积具体为穗上叶面积、穗部叶面积和/或穗下叶面积；
[0039] 3)所述转基因植物的穗位叶夹角小于所述目的植物的穗位叶夹角；
[0040] 所述穗位叶夹角具体为穗上叶夹角和/或穗部叶夹角；
[0041] 4)所述转基因植物的雄穗长度大于所述目的植物的雄穗长度；
[0042] 5)所述转基因植物的果穗穗长大于所述目的植物的果穗穗长；
[0043] 6)所述转基因植物的果穗穗粗小于所述目的植物的果穗穗粗；
[0044] 7)所述转基因植物的果穗穗行数小于所述目的植物的果穗穗行数；
[0045] 8)所述转基因植物的果穗行粒数大于所述目的植物的果穗行粒数；
[0046] 9)所述转基因植物的籽粒粒宽大于所述目的植物的果穗行粒数；
[0047] 10)所述转基因植物的籽粒粒厚大于所述目的植物的籽粒粒厚。
[0048] 上述方法中，所述上述蛋白的DNA分子通过上述的重组载体导入目的植物。
[0049] 所述目的植物为单子叶植物或双子叶植物，所述单子叶植物为玉米。
[0050] 本发明的实验证明，本发明首次提供了一种用于改良玉米株型和穗部性状的基 因，命名为ZmLAX3，利用包含该ZmLAX3基因的全长片段的DNA序列构建过表达载体，然后将 ZmLAX3基因过表达载体导入农杆菌菌株，并用农杆菌介导法侵染玉米幼胚，建立了转基因 玉米株系。发明人进一步培育后将转基因玉米株系与野生型植株进行比较，发现利用该基 因所得的转基因农作物具有株型和穗部性状改变等表型，该转基因阳性植株应用于生产， 改良株型和穗部性状等重要农艺性状，用于提高作物的产量和品质，具有重要的经济价值 和社会效益。