一种与植物根系性状相关的ZmLRT基因及其相关生物材料与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术领域，具体涉及一种与植物根系性状相关的ZmLRT基因及其 相关生物材料与应用。
【背景技术】
[0002] 根系是指植物全部根的总称，其中由胚根细胞的分裂和伸长所形成的向下垂直生 长的根，是植物体上最早出现的根，称为主根，有时也称直根或初生根。大多数裸子植物和 双子叶植物的主根继续生长，明显而发达。主根生长达到一定长度，在一定部位上侧向地从 内部生出许多支根，称为侧根。
[0003] 研究表明，植物细胞的许多重要功能基因通过其转录水平的调节控制根系的形态 建成和生长发育。在拟南芥中，已经证实许多转录因子基因在根系发育过程中起关键作用。 例如ARF、AUX/IAA和HB家族基因参与根系分生组织的形成；NAC1、IAA28和SLR1等基因参 与了侧根的发生与形成（Montieletal，2004)。在水稻中，已经克隆并证实bHLH基因家族 中的一个成员（OsRHLl)参与根毛发育（Dingetal，2009)、LBD基因家族的ARL1基因控制 不定根原基的形成（Liuetal，2005)。最近，玉米中也克隆了一些根系发育关键基因，例如 不定根发育基因RTCS(LBD基因家族）和根毛发育基因（RTH1与RTH3)(Hochholdingeret al，2009)。另外，还有许多结构基因，包括编码细胞骨架蛋白的Actin基因，也发现与根系 生长发育有重要关系（Gillilandetal，2003)。
[0004] 植物microRNA(简称miRNA)是一类具有调控作用的、由20~24个核苷酸组成的 内源性非编码小分子RNA，其本身不具有开放阅读框（OpenReadingFrame，0RF)，不编码任 何蛋白质，但具有序列保守性、表达时序性和组织特异性。在植物中，miRNA通过与其特异结 合的靶mRNA相互作用，在植物生长发育、形态建成、器官发育、开花与育性转换、养分平衡、 激素分泌、信号转导、非生物胁迫响应以及病原体的反应等多个生物学途径中起重要的作 用（Bartel，2004;Sunkaretal，2004;Sunkaretal，2005;Malloryetal，2006;Yaoet al，2007)。miRNA前体序列可以形成茎环结构，且大部分的miRNA基因来源于基因间的区 域或者内含子区域（Jones-Rhoadesetal，2006;Reinhartetal，2002)。另外，microRNA 是一类基因表达的负调控因子，主要通过在转录后对其介导的靶基因mRNA进行特异性剪 切或阻遏革ElmRNA的翻译来调苄基因的表达（Baumbergeretal，2005;Qietal，2005)。
[0005]miR166广泛存在于单子叶植物和双子叶植物中。例如，在拟南芥和水稻中，miR166通过调节其革巴基因：同源异型域-亮氨酸拉链蛋白（homeodomain-leucinezipper protein，HD_Zip)的表达调控其叶、花及根系的生长发育（Emeryetal，2003;Williamset al，2005;Jungetal，2007;Hiroshietal，2007)。在苜蓿中，过量表达miR166 会减少侧 根形成（Boualemetal，2008)。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的是提供一种DNA分子。
[0007] 本发明提供的DNA分子为如下1)或2)或3):
[0008] 1)核苷酸序列是序列表中序列1所示的DNA分子；
[0009] 2)与1)限定的核苷酸序列具有75%或75%以上同一性的cDNA分子或基因组DNA 分子；
[0010] 3)在严格条件下与1)或2)限定的核苷酸序列杂交的CDNA分子或基因组DNA分 子。
[0011] 本发明的另一个目的是提供与上述DNA分子相关的生物材料。
[0012] 本发明提供的上述DNA分子相关的生物材料为下述A1)至A15)中的任一种：
[0013]A1)含有上述DNA分子的表达盒；
[0014]A2)含有上述DNA分子的重组载体；
[0015]A3)含有上述DNA分子的重组微生物；
[0016]A4)含有上述DNA分子的转基因植物细胞系；
[0017]A5)含有上述DNA分子的转基因植物组织；
[0018]A6)含有上述DNA分子的转基因植物器官；
[0019]A7)含有A1)所述表达盒的重组载体；
[0020] A8)含有A1)所述表达盒的重组微生物；
[0021] A9)含有A1)所述表达盒的转基因植物细胞系；
[0022] A10)含有A1)所述表达盒的转基因植物组织；
[0023] All)含有A1)所述表达盒的转基因植物器官；
[0024]A12)含有A2)所述重组载体的重组微生物；
[0025]A13)含有A2)所述重组载体的转基因植物细胞系；
[0026]A14)含有A2)所述重组载体的转基因植物组织；
[0027]A15)含有A2)所述重组载体的转基因植物器官。
[0028] 本发明还有一个目的是提供上述DNA分子或上述相关生物材料的新用途。
[0029] 本发明提供了上述DNA分子或上述相关的生物材料在调控植物根系性状中的应 用。
[0030] 上述应用中，所述根系性状为总根长和/或主根长和/或根表面积和/或根体积 和/或侧根数。
[0031] 上述应用中，所述调控植物根系性状为减少总根长和/或减少主根长和/或减少 根表面积和/或减少根体积和/或减少侧根数。
[0032] 本发明还提供了上述DNA分子或上述相关的生物材料在编码miR166中的应用。
[0033] 本发明还提供了上述DNA分子或上述相关的生物材料在培育总根长减少和/或主 根长减少和/或根表面积减少和/或根体积较少和/或侧根数减少的植物中的应用。
[0034] 本发明的最后一个目的是提供一种培育总根长减少和/或主根长减少和/或根表 面积减少和/或根体积较少和/或侧根数减少的转基因植物的方法。
[0035] 本发明提供的培育总根长减少和/或主根长减少和/或根表面积减少和/或根体 积较少和/或侧根数减少的转基因植物的方法包括将上述DNA分子导入受体植物中，得到 转基因植物的步骤；所述转基因植物具有如下1)-5)中至少一种的性质：
[0036] 1)所述转基因植物的主根长小于所述受体植物；
[0037] 2)所述转基因植物的总根长小于所述受体植物；
[0038] 3)所述转基因植物的根表面积小于所述受体植物；
[0039] 4)所述转基因植物的根体积小于所述受体植物；
[0040] 5)所述转基因植物的侧根数小于所述受体植物。
[0041] 上述方法中，所述受体植物为单子叶植物或双子叶植物；所述单子叶植物具体为 玉米；所述双子叶植物具体为拟南芥。
[0042] 本发明通过正向与反向遗传学相结合的研究策略，筛选并克隆了一个控制玉米苗 期根系性状主效QTL(qLRT5-l)区间内的ZmLRT基因。通过功能预测及鉴定结果表明：ZmLRT基因为miR166的前体之一，在根系中高丰度表达，将ZmLRT基因在拟南芥和玉米中超表达 后，可有效抑制侧根的生长发育，为深入探讨玉米根系生长发育的分子调控机理积累了新 的数据和资料。
【附图说明】
[0043] 图1为利用分子标记umc1019筛选纯合近等基因系的结果。
[0044] 图2为主效QTLqLRT5_l近等基因系发芽后第6天的苗期形态及根系性状统计结 果。图2A为苗期形态；图2B为总根长和侧根数统计结果。其中表示差异达到显著水平 (p〈0. 05) 表示差异达到极显著水平（p〈0. 01)。
[0045] 图3为综3和87-1苗期根系特异表达探针组分布。
[0046] 图4为ZmLRT基因在玉米第5染色体上的定位结果。
[0047] 图5为ZmLRT基因在综3和87-1基因组DNA上的扩增结果及其基因结构。图5A 为用于基因克隆的特异性引物的扩增结果；图5B为候选基因ZmLRT的基因结构；图5C为根 据测序结果设计的三对引物在综3、87-1基因组DNA上扩增的结果。其中：M为D2000Size Marker;Exon、Intron分别为外显子和内含子。
[0048] 图6为ZmLRT全长序列及其包含成熟miR166的核心序列的二级结构分析。图6A 为ZmLRT全长序列的二级结构分析；图6B为包含成熟miR166的核心序列的二级结构分析。 红线标注处为成熟microRNA位点。
[0049] 图7为ZmLRT基因的不同引物在105份自交系（包括综3、87_1)中的扩增结果。图 7A为用引物ZmLRT在105份不同自交系基因组DNA中的扩增结果；图7B为用引物ZmLRT-1 对图7A中未扩增出目标条带的材料进行扩增的结果。
[0050] 图8为ZmLRT基因的时空表达模式。图8A为ZmLRT的电子表达谱；图8B为ZmLRT 在87-1不同组织器官中的表达。
[0051] 图9为miR166在综3、87-1及杂交种豫玉22以及部分高代重组近交系苗期根系 中的表达。其