植物株高和籽粒大小相关的OsTAL基因及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于植物基因工程领域。具体设及一种植物株高和巧粒大小相关的化TAL 基因及其应用。
【背景技术】
[0002] 水稻是我国最重要的粮食作物，也是全世界最重要的粮食作物之一。据统计， 全球约占50%的人口W稻米为主食。水稻也是我国最重要的粮食作物之一。据统计， 2008-2012年全国水稻种植面积占粮食作物总面积的27. 2%，年均生产稻谷总量占粮食总 产的35. 7% (中国统计年鉴，2013)。
[0003] 株型和巧粒大小是水稻产量和稻米品质的重要决定因素。20世纪60年代，墨 西哥的小麦，我国和菲律宾的水稻由于降低了株高而提高了产量，增强了抗倒伏性，被称 为"绿色革命"（MonnaL.DNAResearch,2002,9(l):ll-17;Spielmeye;r,W.P;roc化1:1Acad SciUSA, 2002, 99 (13): 9043-9048)。研究表明，在该一过程中，产量的提高主要是围绕 着W利用矮杆基因为基础，通过株型改良而进行的。水稻中应用的矮杆基因为sdl，编码 一个GA,。氧化酶，参与了赤霉素的合成。现在水稻生产和育种中利用的矮杆基因仍主要是 sdl，同一矮杆基因的过度利用潜伏着由遗传单一带来的风险，而且水稻高产育种的趋势是 "矮中求高"，即适当地提高株高，W增加生物学产量来提供稻谷的产量（袁隆平.杂交水 稻，1996, 2:1-3)。另一方面，在增加水稻物质生产能力的同时，还要提高水稻的"库容量"， 即增加水稻单位面积穗数、每穗粒数和粒重。其中，粒重是产量构成因子的=要素之一，和 巧粒长、巧粒宽和巧粒厚呈正相关，粒重有时也W粒长、宽和厚的综合指标衡量（钱前.科 学出版社：水稻基因设计育种，2007, 87)。因此，研究水稻株高与巧粒大小的调控机制不仅 具有理论上的意义，同时也具有重要的现实意义。通过调控水稻株高高矮和巧粒的大小，可 W增加水稻的产量，进而保障我国的粮食安全。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一是提供一种植物株高和巧粒大小相关的化TAL基因，该基因编 码的蛋白质。
[0005] 本发明的另一个目的是提供一种培育株高和巧粒大小改良的转基因植物的方法。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案是；
[0007] 本发明提供了一种植物株高和巧粒大小相关的化TAL基因，其核巧酸序列如SEQ IDNo: 1 所示。
[0008] 本发明还提供了所述化TAL基因编码的蛋白质，其氨基酸序列如SEQIDNo:2所 示。该蛋白质，名称为化TAL，来源于水稻武运梗8号的ryzasativaL.CV.Wuyunjing8， 1999年江苏审定，审定编号；苏种审字第314号），是如下（1)或（2)所述的重组蛋白质；
[0009] (1)由SEQID No:2的氨基酸残基序列组成的蛋白质；
[0010] 0)将（1)中的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和 /或添加且与植物株高矮、种子粒型或种子重量相关的由（1)衍生的蛋白质。
[0011] 上述SEQIDNo: 2由432个氨基酸残基组成。
[0012] 所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加是指不超过10个氨基 酸残基的取代和/或缺失和/或添加。
[0013] 所述蛋白化TAL的编码基因也属于本发明的保护范围。
[0014] 所述蛋白化TAL的编码基因为如下1)~3)中任一所述的DNA分子 [00巧]1)SEQIDNo: 1 所示的DNA分子；
[0016] 2)在严格条件下与SEQID No: 1限定的DNA序列杂交且与植物种子粒型或巧粒宽 或巧粒厚或巧粒重相关的DNA分子；
[0017] 3)与SEQIDNo:l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%至少具有99%同源性且与植物株高、种子粒型或巧粒宽或种子厚或种子重相关的DNA 分子。
[0018] 本发明还提供了含有上述基因的植物表达载体。
[0019] 含有所述编码基因的重组载体、重组菌、转基因细胞系或表达盒也是本发明保护 的范围。所述重组载体的启动子为玉米化iquitin启动子化iPro。
[0020] 所述重组载体通过如下步骤获得：
[0021] 1)用SacI和EcoRI酶切地1121载体获得终止子Noster，连入同样经SacI和 EcoRI酶切后的PCAMBIA1301，获得载体pl301N0S;W玉米自交系B73基因组（Schn油le PS,Science. 2009, 326 巧956) : 1112-1115)DM为模板，通过PCR的方法扩增玉米化iquitin 启动子，在PCR引物中引入化ndIII和BamHI酶切位点；连入经化ndIII和BamHI酶切 后的P1301N0S载体中，获得中间载体P1301UN。
[002引 2)将化TAL蛋白的编码基因插入中间载体pi301UN的化nI和SacI识别位点之 间，获得重组载体pl301UN-0sTAL。
[0023] 扩增所述化TALI编码基因编码区的引物对；所述引物对如下所示；上游引物序列 如SEQID No: 3所示，下游引物序列如SEQID No:4所示。在PCR引物中引入化n I和Sac I酶切位点。
[0024] 本发明还提供一种培育株高和巧粒大小改良的转基因植物的方法。是将所述的 化TALI编码基因导入目的植物，培育得到株高和粒型改良的转基因植物。
[00巧]所述粒型改良为如下1)-4)中的至少一种：
[0026] 1)所述转基因植物的株高大于所述目的植物；
[0027] 2)所述转基因植物的种子粒宽大于所述目的植物；
[002引 3)所述转基因植物的种子粒厚大于所述目的植物；
[0029] 4)所述转基因植物的种子的粒重大于所述目的植物。
[0030] 所述粒重为百粒重。
[0031] 所述编码基因是通过所述重组载体导入所述目的植物中。
[0032] 所述目的植物为双子叶植物或单子叶植物，所述单子叶植物优选为水稻，所述水 稻的品种尤其优选为武运梗8号。
[0033] 本发与现有技术相比，其显著优点是：
[0034] 将梗稻武运梗8号中克隆到的化TAL基因导入水稻武运梗8号获得过量表达 化TAL基因的水稻，过表达水稻的株高、巧粒宽、巧粒厚和巧粒百粒重均大于所述目的植物。 证实该基因具有调节水稻株高和巧粒大小的作用，增大粒重可W有效增加作物的产量，因 而可W很好地应用于作物品种的改良。本发明提供的化TAL基因，不仅为植物调控株高和 巧粒大小方面的理论研究提供重要的分子遗传学信息，还在提高作物产量，改良作物的农 艺性状等基因工程育种方面提供了基础。
【附图说明】
[00巧]图1为用PCR扩增化TAL基因的编码区，Marker为化2000 (购自宝生物工程（大 连）有限公司，产品号；3427A)。
[0036] 图2为玉米化iquitin启动子驱动水稻化TAL基因（即P1301UN-化TAL融合基 因）的植物表达载体图。
[0037] 图3为野生型武运梗8号和转P1301UN-化TAL融合基因植株中化TAL的mRNA转 录本分析。野生型武运梗8号中化TAL基因的mRNA转录本很低，而转P1301UN-化TAL融合 基因植株中化TAL的mRNA转录本水平很高（**表示P<0. 01水平差异）。
[0038] 图4为野生型武运梗8号和转P1301UN-化TAL融合基因植株株高的统计（**表示 P<0. 01水平差异）。
[0039] 图5为野生型武运梗8号和转P1301UN-化TAL融合基因植株巧粒长的统计。
[0040] 图6为野生型武运梗8号和转P1301UN-化TAL融合基因植株巧粒宽的统计（*表 示P<0. 05水平差异；**表示P<0. 01水平差异）。
[0041] 图7为野生型武运梗8号和转P1301UN-化TAL融合基因植株巧粒厚的统计（**表 示P<0. 01水平差异）。
[0042] 图8为野生型武运梗8号和转P1301UN-化TAL融合基因植株巧粒百粒重的统计 (**表示P<0. 01水平差异）。
[0043] 图9为野生型武运梗8号和转P1301UN-化