一种培育自交系配合力提高玉米的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种培育自交系配合力提高玉米的方法。
【背景技术】
[0002] 玉米是重要的粮饲兼用作物，也是现代医药和化工等工业的重要原料，其产量和 种植面积居我国第二位。随着分子生物学的发展和玉米基因组测序的完成，利用基因工程 技术改良玉米农艺性状和种质创新成为研宄热点。经过不断探索，玉米转基因研宄取得了 长足的进步。人们已经利用转基因技术获得了一批抗病、抗虫、抗逆以及品质改良的玉米新 品种，显著地提高了玉米的品质与产量，逐渐被人们接受并迅速推广，如转Bt基因抗虫玉 米和转基因抗除草剂玉米也已步入商品化生产领域（James, 2008)。
[0003] 油菜素甾醇类（brassinosteroids，简称BRs)是一类广泛调控植物生长发育的激 素，20世纪70年代首次从油菜花粉中分离得到。BRs在植物生长发育的各个过程中都起 到重要的调节作用，如细胞的伸长与分裂、器官分化、开花、结实和衰老等发育过程，拟南芥 和水稻的BRs缺失型突变体由于细胞不能够正常伸长而表现为植株矮小，而过表达植株因 BRs生物合成水平提高则能够增加植株高度、分枝数目、种子数目等（Choe et al.，1998， 2001;Wu et al.，2008)。DWF4基因编码合成留醇类C-22a羟化酶，该酶作用于BRs生物 合成过程中从 campestanol(CN)到 6-deoxocathasterone(6_DeoxoCT)的 C_22a 羟基化过 程，是BRs生物合成过程中的限速步骤。Choe等人观察到拟南芥dwf4突变体植株明显矮 小（Choe et al.，1998)。根据水稻〇sdwarf4突变体叶片夹角减小、整体光吸收量增多的特 点，Sakamoto等人合理密植，在单位面积中获得了高产（Sakamoto et al.，2005);另一方 面，针对DWF4基因过量表达也开展了很多有意义的研宄工作，获得了丰富的植株表型。过 表达AtDWF4基因的拟南芥植株营养生长增强，分枝数目及单株种子数目均增多（Choe et al.，2001)。Liu等人将玉米的ZmDWF4基因导入拟南芥中，转基因植株表现出分枝数目及 种子数目增多，植株增高等表型（Liu et al.，2007)。在水稻中过表达AtDWF4和ZmDWF4 后均能增强叶片光合作用，促进种子淀粉积累，增加转基因植株种子数目和重量（Wu et al. , 2008) 〇
[0004] 关于DWF4基因影响植物株型的研宄已经相对比较深入，但目前国内外尚没有将 ZmDWF4基因应用于改良玉米杂交种产量等农艺性状的报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是ZmDWF4蛋白或其编码基因或含有其编码基因的重组载体的 应用。
[0006] 本发明提供的ZmDWF4蛋白或其编码基因或含有其编码基因的重组载体在培育自 交系配合力提高植物或调控植物对氮的吸收能力中的应用；
[0007] 所述ZmDWF4蛋白的氨基酸序列为序列表中序列2。
[0008] 上述应用中，所述ZmDWF4蛋白编码基因的核苷酸序列为序列表中序列1或序列3。
[0009] 上述应用中，所述重组载体为所述ZmDWF4蛋白编码基因插入表达载体得到的载 体。在本发明的实施例中，表达载体为PCAMBIA3300,重组载体为将序列表中序列3所示的 ZmDWF4正向插入pCAMBIA3300-Ubi (pUB)表达载体的BamH I酶切识别位点得到的载体，命 名为 pUBI: :ZmDWF4。
[0010] 上述调控植物对氮的吸收能力为提高植物对氮的吸收能力。
[0011] 上述应用中，所述植物为双子叶植物或单子叶植物；所述单子叶植物具体为玉米。
[0012] 上述应用中，所述自交系为玉米品种Lx9801、3841、3848、T7、原早3-1、V3H1、 S1620、zheng58 或 S415。
[0013] 本发明另一个目的是提供一种培育转基因植物的方法。
[0014] 本发明提供的方法，包括如下步骤：将ZmDWF4蛋白编码基因导入目的植物中，得 到转基因植物；
[0015] 所述转基因植物的自交系配合力高于所述目的植物；
[0016] 或所述转基因植物对氮的吸收能力高于所述目的植物。
[0017] 上述方法中，所述转基因植物的自交系配合力高于所述目的植物为所述转基因植 物与自交系亲本杂交得到的名称为杂交子代A的杂交子代的产量高于所述目的植物与所 述自交系亲本杂交得到的名称为杂交子代B的杂交子代的产量。
[0018] 上述方法中，
[0019] 所述杂交子代A的产量高于所述杂交子代B体现在如下1)-7)中至少一种： [0020] 1)所述杂交子代A的株高高于所述杂交子代B的株高；
[0021] 2)所述杂交子代A的穗长大于所述杂交子代B的穗长；
[0022] 3)所述杂交子代A的行粒数大于所述杂交子代B的行粒数；
[0023]4)所述杂交子代A的穗行数大于所述杂交子代B的穗行数；
[0024] 5)所述杂交子代A的穗粒数大于所述杂交子代B的穗粒数；
[0025]6)所述杂交子代A的千粒重大于所述杂交子代B的千粒重；
[0026] 7)所述杂交子代A的单穗产量大于所述杂交子代B的单穗产量。
[0027] 上述方法中，
[0028] 所述ZmDWF4蛋白编码基因通过重组载体导入目的植物；
[0029] 所述重组载体为所述ZmDWF4蛋白编码基因插入表达载体得到的载体。
[0030] 在本发明的实施例中，表达载体为pCAMBIA3300-Ubi (pUB)，重组载体为将序列表 中序列3所示的ZmDWF4正向插入pCAMBIA3300-Ubi (pUB)表达载体的BamH I酶切识别位 点得到的载体，命名为pUBI: :ZmDWF4。
[0031] 所述目的植物为双子叶植物或单子叶植物；所述单子叶植物具体为玉米.
[0032] 上述方法中，
[0033] 所述自交系亲本为玉米品种Lx9801、3841、3848、T7、原早3-1、V3H1、S1620、 zheng58 或 S415。
[0034] 本发明的实验证明，本发明克隆得到调控油菜素内酯生物合成酶关键基因 ZmDWF4,将其导入玉米中，获得了转基因玉米株系，观察发现该植株与不同遗传群体的自交 系均具有较好的配合力，杂交种产量也显著提高，将该转基因阳性植株应用于实际生产，可 用于提高作物产量，具有重要的经济价值和社会效益。
【附图说明】
[0035] 图1为植物表达载体pUBI: :ZmDWF4载体结构图；
[0036]图2为候选转基因植株的PCR特异性扩增结果示意图，
[0037] 图中Bar基因为筛选标记基因，片段大小为650bp ;Ubi-ZmDWF4基因为目的基因 (包括Ubiqitin启动子部分区段和ZmDWF4基因部分区段），片段大小为912bp。其中，M表 示分子量标记，L表示候选转基因植株，WT表示野生型对照，PC表示阳性质粒。
[0038] 图3为根系比较图
[0039]图4为转基因植株氮吸收效率测定结果，
[0040] 其中，CK表示野生型对照，L表示候选转基因植株；
[0041]图5转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株株高的数据统计。图中 CK均为Q319自交系，白色柱子均为各自对照组合，灰色柱子为转基因杂交组合，L678、L857 和L943为三个转基因株系。单星号表示差异显著（T检验，P〈0. 05)，双星号表示差异极显 著（T 检验，P〈0. 01)。
[0042] 图6转基因杂交组合与对照组合在田间表现。左侧为转基因杂交组合，右侧为对 照组合。
[0043]图7转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株果穗比较。图中CK均为 Q319自交系，白色柱子均为各自对照组合，灰色柱子为转基因杂交组合，L678、L857和L943 为三个转基因株系。图J为果穗分布示意图。单星号表示差异显著（T检验，P〈0. 05)，双星 号表不差异极显著（T检验，P〈0. 01)。
[0044] 图8转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株果穗长度的数据统计。 图中CK均为Q319自交系，白色柱子均为各自对照组合，灰色柱子为转基因杂交组合，L678、 L857和L943为三个转基因株系。单星号表示差异显著（T检验，P〈0. 05)，双星号表示差异 极显著（T检验，P〈0. 01)。
[0045]图9转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株果穗行粒数的数据统 计。图中CK均为Q319自交系，白色柱子均为各自对照组合，灰色柱子为转基因杂交组合， L678、L857和L943为三个转基因株系。单星号表示差异显著（T检验，P〈0. 05)，双星号表 不差异极显著（T检验，P〈0. 01)。
[0046]图10转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株果穗穗行数的数据统 计。图中CK均为Q319自交系，白色柱子均为各自对照组合，灰色柱子为转基因杂交组合， L678、L857和L943为三个转基因株系。单星号表示差异显著（T检验，P〈0. 05)，双星号表 不差异极显著（T检验，P〈0. 01)。
[0047]图11转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株果穗穗粒数的数据统 计。图中CK均为Q319自交系，白色柱子均为各自对照组合，灰色柱子为转基因杂交组合， L678、L857和L943为三个转基因株系。单星号表示差异显著（T检验，P〈0. 05)，双星号表 不差异极显著（T检验，P〈0. 01)。
[0048]图12转基因植株与九个来自不同群体自交系杂交一代植株果穗千粒重的数据统