一种提高植物根毛生成能力的蛋白及其编码基因与应用_2

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ia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥),erh代表突 变体erh。
【具体实施方式】
[0064] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
[0065] 下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
[0066] 下述实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
[0067] 根癌农杆菌GV3101为Clontech公司产品。
[0068] Columbia-0 (Col-0)生态型拟南芥(Arabidopsis thaliana)为Arabidopsis Biological Resource Center(ABRC)产品。
[0069] pBIlOl为Biovector产品,产品目录号为BiovectorpBIlOl,pBIlOl带有卡那霉 素抗性基因。
[0070] PZH01的构建方法如下:将PCAMBIA1301载体的⑶S(f3 -葡萄糖苷酸酶)基因(SEQ IDNo. 12)替换为LUC(荧光素酶)基因(SEQIDNo. 13),pCAMBIA1301的其余序列保持不 变得到。其中pCAMBIAl301 为Biovector产品,产品目录号为BiovectorpCambial301,pZHOl 带有潮霉素抗性基因。
[0071] 实施例1、突变体的筛选
[0072] -、为了鉴定参与调控植物根毛发育的重要基因,以Columbia-0生态型拟南芥 (野生型拟南芥)为材料,在正常条件下对根发育发生改变的突变体进行大规模筛选。筛 选的方法是将Columbia-0生态型拟南芥的种子直接在MS培养基上萌发,生长8天后,观察 根的形态,用这种方法获得了一个过量产生根毛的突变体,将其命名为erh(enhanced root hair production)〇
[0073] 二、将消毒的Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh的种子铺于 9cm的MS固体培养基(配方为MS盐 4.46g/l(PhytoTechnologyLaboratories产品,货 号为11519),1^3 1§/1,蔗糖1(^/1,口115.8,琼脂浓度为1.2§/10〇1111)平板上,每种拟南芥 铺8粒种子,4°C春化3天后,放入温室竖直培养,温室竖直培养的条件温度为23°C,光强为 100ymolds' 16小时光照8小时黑暗,植物生长8天后,得到Columbia-0生态型拟南芥 (野生型拟南芥)和erh幼苗,观察根毛性状。
[0074] Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh的根毛性状如图1中A和B所 不〇
[0075] 图1中,A为7天大小的Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh幼苗 的形态;B为Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh的主根根尖的根毛形态。
[0076] 三、根毛长度和密度的测量
[0077] 首先,将步骤二培养得到的Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh幼 苗在DIC显微镜(Olympus,BAX51,Japan)下观察其根毛并用对应连接的数码相机拍照。然 后将拍摄好的照片用软件Digimizer打开,以标尺的实际刻度设置内参,然后每个根选取 固定区域和长度计量根毛数目并测量该区域每根根毛的长度,得到每个根的根毛密度和平 均根毛长度,每种拟南芥选取20到30个根,每个根量20到30个根毛,试验重复3次,结果 取平均值。
[0078] Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh的根毛长度和密度的测量结果 如图1中C和D所示。
[0079] 图1中,C为Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh的根毛长度的统 计图;D为Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh的根毛密度的统计图。
[0080] 图1中,C的结果表明,Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)的平均根毛长 度为0. 32±0. 01mm,突变体erh的平均根毛长度为0. 46±0. 02mm。
[0081] 图1中,D的结果表明,Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)的根毛密度 (每mm根里的根毛数量)为21. 9±0. 8个,突变体erh的根毛密度(每mm根里的根毛数 量)为 26. 2±1. 5 个。
[0082] 结果表明,相对于Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥),erh的根毛长度显 著增长,根毛密度显著提高。
[0083] 四、突变体erh的表型
[0084] 将步骤二培养得到的Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh幼苗移 入土中,继续生长,在20天和30天左右得到Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥) 和erh植株,观察,拍照,Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥)和erh植株表型如图 2所示。
[0085] 图2中,A为20天大小的植株在土里的表型,B为30天大小的植株表型。
[0086] 图2表明,突变体erh的地上部分与Columbia-0生态型拟南芥(野生型拟南芥) 的表型无差别。
[0087] 实施例2、基因的发现和遗传互补实验
[0088] -、基因的发现
[0089] 运用图位克隆方法发现造成erh根毛突变性状是由于拟南芥基因组中一个植物 激素乙烯受体基因AtERSl(ETHYLENERESPONSESENSOR1)突变造成的。在erh突变体中, AtERSl蛋白的编码序列中自5'末端起第329位的核苷酸C变成T,从而使该基因编码的 AtERSl蛋白自N端起第110位的脯氨酸(密码子CCT)突变成了亮氨酸(密码子CTT)。在 其他植物如水稻,高粱,玉米,小麦等中都有AtERSl的同源基因。AtERSl基因的突变位点和 不同物种中ERS1蛋白序列的比对结果如图3所示。
[0090] 图3中,A为AtERSl基因的结构和突变位点。深色框:外显子;浅色框:UTR非编 码区;细线:内含子;粗线:基因间序列。
[0091] 图3中,B为不同物种中ERS1蛋白序列(自N端起第61至120位氨基酸区 段)的比对结果。At,Arabidopsisthaliana拟南芥;Bn,Brassicanapus油菜;Gm, Glycinemax大;Sb,Sorghumbicolor高梁;Zm,Zeamays玉米;Os,Oryzasativa水稻; 办,11〇1(16111]1\01183代大麦;13,1'1';[1:;[(31111^681:;[¥111]1小麦。方框显不为六七£1^1蛋白的自1^端 起第110位氨基酸的比对结果。
[0092] 图3中,B表明,通过序列比对发现,AtERSl蛋白自N端起第110位发生突变的脯 氨酸在不同物种间是保守的。
[0093]erh突变体也可以通过基因工程的方法将Columbia-0生态型拟南芥的植物激素 乙烯受体基因AtERSl基因组DNA序列(SEQIDNo. 1中第2033位至第4925位所示的序 列)自5'末端起第758位的核苷酸C突变为T得到。
[0094] 二、遗传互补实验
[0095] 为了验证所发现的AtERSl基因突变确实是造成根毛性状突变的原因,进行如下 AtERSl基因的遗传互补实验:
[0096] (一)AtERSl: : AtERSlgDNA的构建
[0097] 将SEQ IDNo.1所示的序列替换pBIlOl的Xbal和Xmal酶切识别位点间序列, PBI101的其余序列保持不变,得到AtERSl::AtERSlgDNA重组质粒,该质粒表达SEQ ID No.2所示的蛋白,即AtERSl蛋白。AtERSl蛋白的编码序列如SEQ IDNo.10所示。
[0098]SEQIDNo. 1中第1位至第2032位为AtERSl基因启动子序列,第2033位至第 4925位为AtERSl基因的基因组序列。
[0099] 在突变体erh中,SEQIDNo.1中第2790位的C突变为T,使得SEQIDNo.2第 110位的蛋白脯氨酸(P)突变为亮氨酸(L),其余均不变。
[0100] (二)转基因植物的获得
[0101] 将AtERSl::AtERSlgDNA重组质粒导入根癌农杆菌GV3101,得到重组农杆菌。通 过花序浸泡法(参考文献CloughSJandBentAF,1998)将重组农杆菌转染突变体erh,得 到转AtERSl基因拟南芥,将其命名为AtERSl: :AtERSlgDNA转基因拟南芥。
[0102] 具体方法如下:
[0103] 挑选重组农杆菌单克隆于2-3ml的液体LB培养基中,28°C,250rpm培养16小 时;取0. 2ml菌液加到100ml液体LB培养基中,28°C,250rpm培养18-24小时;将菌液倒 入250ml的离心管中,配平;室温,5500rpm离心10min;弃上清,将菌体重悬于floraldip 溶液(1/2MSsaltswithB5vitamin(Sigmasalts0404)2. 2g/l;鹿糖 50g/l;MES0.5g/ 1;0.44禮68八10 111/1;51^?^1-77200 111/1;用恥011调口11至5.7)中,调至0060011111为 0. 8。将处于开花状态的erh倒置,使花完全浸没在菌体
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