专利名称：与水稻株型相关蛋白lpa1及其编码基因与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种与水稻株型相关蛋白LPAl及其编码基因与应用。
背景技术：
水稻是世界上最重要的粮食作物之一。在过去五十多年中，由于绿色革命和杂种优势的利用，水稻产量经历了两次大的飞跃。然而，由于世界人口的不断增加，粮食安全始终是一个全球性问题。因此，培育优良的高产品种势在必行，而理想株型育种则被认为是促成水稻产量第三次飞跃的重要策略。理想株型是一个复杂的概念，具体是指众多形态和生理性状在空间的理想组合，这种组合可以使作物获得最大的生物产量和经济产量。在水稻株型的理论研究和育种实践中，人们关注较多的性状是分蘖夹角与叶夹角，这两个性状也是影响水稻株型最直观的性状之一。水稻生产上，适当的分蘖夹角可以有效减少田间的遮荫，提高群体的光合效率，增强水稻抗倒伏和抗病虫害的能力，并最终影响水稻的产量和品质。然而长期以来，尽管这一重要性状一直受到育种家的关注，人们对其形成机制的研究却十分有限。Iazyl是一个分蘖匍匐生长的突变体。功能分析表明LAZYl是一个禾本科植物特有的蛋白，基因突变导致生长素的极性运输增强，侧向运输减弱，改变了生长素在植物体内的分布，最终使重力反应减弱而使分蘖夹角加大。转基因研究结果表明，LAZYl的表达水平与分蘖夹角的大小呈的负相关，说明通过调节LAZYl的表达可以有效地控制分蘖夹角。此外，大量研究表明水稻基因组中存在多个控制分蘖夹角的数量性状位点(QTLs)，其中在第9染色体长臂上存在一个主效 QTL TAC1。功能分析TACl编码一个禾本科植物特有的蛋白，其第四内含子的3’拼接位点的突变导致mRNA的稳定性大为降低。过量表达和RNAi的结果表明，TAClmRNA的水平与分蘖夹角的大小呈正相关。聚类分析发现，88个株型紧凑的粳稻品种中都表现为tael类型， 而43个株型松散的籼稻品种和21个野生稻全部表现为TACl类型，表明TACl是一个重要的籼粳分化和驯化基因。叶夹角对水稻产量的主要贡献在于能增加水稻种植密度和提高光合作用效率。在叶夹角形成机理方面，目前研究的焦点主要集中在植物激素油菜素内酯(BRs)上。BR最显著的生理作用是促进水稻叶夹角的增大，如BR生物合成和信号传导相关基因的突变体，由于体内BR的缺乏或者信号通道受阻，均表现出了叶片直立，叶夹角变小等形态特征。然而新的遗传学证据表明与BR无关的机制也参与到叶夹角的形成中。在以往的研究中，大多数研究者只关注分蘖角或叶夹角之一。实际上，这两个性状关系十分密切，而且许多基因能同时控制这两个性状，如BUl、0sIAA、0sLIC等。值得注意的是，Iazyl和TACl在增大分蘖夹角的同时,也增大了叶夹角。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种与水稻株型相关蛋白LPAl及其编码基因。
本发明提供的蛋白，是如下(a)或(b)(a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)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/或添加且与植物株型相关的由序列2衍生的蛋白质。上述蛋白中，一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加是指不多于十个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加。编码上述蛋白的基因也是本发明保护的范围。上述基因是如下(1)-(5)中任一所述的DNA分子(I)序列表中序列I所示的DNA分子；(2)序列表中序列I自5 ‘末端第257-1688位核苷酸所不的DNA分子；(3)序列表中序列I自5 ‘末端第274-1590位核苷酸所示的DNA分子；(4)在严格条件下与⑴或⑵或(3)限定的DNA序列杂交且编码与植物株型相关蛋白的DNA分子；(5)与(I)或⑵或(3)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%同源性且编码与植物株型相关蛋白的DNA分子。上述严格条件为在6XSSC，O. 5% SDS的溶液中，在65°C下杂交，然后用2XSSC， O. I % SDS 和 I X SSC, O. I % SDS 各洗膜一次。扩增上述基因的全长或其任意片段的引物对也是本发明保护的范围。所述引物对由序列表中的序列3所示的DNA分子和序列表中序列4所示的DNA分子组成。含有上述基因的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌也是本发明保护的范围。上述重组载体具体为将上述蛋白的编码基因插入pCAMBIA1300-35S载体中，得到表达上述蛋白的重组载体。上述蛋白、上述基因或上述重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌在调节植物株型中的应用也是本发明保护的范围。本发明的另一个目的是提供一种培育转基因植物的方法。本发明提供的方法，为将上述蛋白的编码基因导入目的植物，得到改变株型的转基因植物，所述转基因植物具有如下至少一种特征I)所述转基因植物的分蘖角小于所述目的植物；2)所述转基因植物的叶夹角小于所述目的植物；所述目的植物具体为双子叶植物或单子叶植物，所述单子叶植物尤其具体为水稻；所述水稻具体为粳稻。本发明的第三个目的是提供一种DNA分子。本发明提供的DNA分子，其核苷酸序列为序列表中的序列5。含有上述DNA分子的重组载体A、表达盒、转基因细胞系或重组菌也是本发明保护的范围。上述重组载体A具体为将上述DNA分子插入pCAMBIA1300_35S载体中，得到重组载体A。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抑制权利要求I 所述蛋白表达和/或调节植物株型中的应用也是本发明保护的范围。本发明的第四个目的是提供一种培育转基因植物的方法。本发明提供的方法，为将上述DNA分子导入目的植物，得到改变株型的转基因植物，所述转基因植物具有如下至少一种特征I)所述转基因植物的分蘖角大于所述目的植物；2)所述转基因植物的叶夹角大于所述目的植物；所述目的植物具体为双子叶植物或单子叶植物，所述单子叶植物尤其具体为水稻；所述水稻具体为粳稻。上述分蘖角均为最大分蘖角，上述叶夹角均为第三叶夹角，叶夹角即为叶倾角，第三叶叶夹角为第三叶叶片与茎杆之间的夹角。本发明的实验证明，本发明在籼稻品种中籼3037中分离出LPAl基因，该基因编码一个新的C2H2锌指蛋白，将该基因通过转基因的手段，得到过表达转基因植物和RNA干扰转基因植物，分析表明，该基因表达量与株型呈密切的负相关，表明了其在水稻株型的分子育种中的应用潜力。
图I为野生型中籼3037与突变体Ipal的表型图2为野生型与突变体茎杆的形态与细胞学比较图3为LPAl的图位克隆与基因信息图4为LPAl的RNA干扰与过量表达分析
具体实施例方式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。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。下述实施例中所用的引物序列为下表I和表2所示表I为新发展的STS和CAPS标记
权利要求
1.一种蛋白，是如下(a)或(b)(a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)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/或添加且与植物株型相关的由序列2衍生的蛋白质。
2.编码权利要求I所述蛋白的基因。
3.如权利要求2所述的基因，其特征在于所述基因是如下(1)-(5)中任一所述的DNA 分子(1)序列表中序列I所不的DNA分子；(2)序列表中序列I自5‘末端第257-1688位核苷酸所不的DNA分子；(3)序列表中序列I自5‘末端第274-1590位核苷酸所不的DNA分子；(4)在严格条件下与(I)或(2)或(3)限定的DNA序列杂交且编码与植物株型相关蛋白的DNA分子；(5)与(I)或(2)或(3)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%同源性且编码与植物株型相关蛋白的DNA分子。
4.含有权利要求2或3所述基因的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌；所述重组载体具体为将权利要求I所述蛋白的编码基因插入PCAMBIA1300-35S载体中，得到表达权利要求I所述蛋白的重组载体。
5.权利要求I所述蛋白、权利要求2或3所述基因或权利要求4所述重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌在调节植物株型中的应用。
6.一种培育转基因植物的方法，为将权利要求I所述蛋白的编码基因导入目的植物， 得到改变株型的转基因植物，所述转基因植物具有如下至少一种特征1)所述转基因植物的分蘖角小于所述目的植物；2)所述转基因植物的叶夹角小于所述目的植物；所述目的植物具体为双子叶植物或单子叶植物，所述单子叶植物尤其具体为水稻；所述水稻具体为粳稻。
7.—种DNA分子，其核苷酸序列为序列表中的序列5。
8.含有权利要求8所述DNA分子的重组载体A、表达盒、转基因细胞系或重组菌；所述重组载体A具体为将权利要求7所述DNA分子插入pCAMBIA1300-35S载体中，得到重组载体A。
9.权利要求7所述DNA分子或权利要求8所述重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌在抑制权利要求I所述蛋白表达和/或调节植物株型中的应用。
10.一种培育转基因植物的方法，为将权利要求7所述DNA分子导入目的植物，得到改变株型的转基因植物，所述转基因植物具有如下至少一种特征1)所述转基因植物的分蘖角大于所述目的植物；2)所述转基因植物的叶夹角大于所述目的植物；所述目的植物具体为双子叶植物或单子叶植物，所述单子叶植物尤其具体为水稻；所述水稻具体为粳稻。
全文摘要
本发明公开了一种与水稻株型相关蛋白LPA1及其编码基因与应用。本发明提供了一种蛋白，是如下(a)或(b)(a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)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/或添加且与植物株型相关的由序列2衍生的蛋白质。本发明的实验证明，本发明在籼稻品种中籼3037中分离出LPA1基因，该基因编码一个新的C2H2锌指蛋白，将该基因通过转基因的手段，得到过表达转基因植物和RNA干扰转基因植物，分析表明，该基因表达量与株型呈密切的负相关，表明了其在水稻株型的分子育种中的应用潜力。
文档编号C07K14/415GK102584973SQ20121006366
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者吴新儒, 唐丁, 李明, 王克剑, 程祝宽 申请人:中国科学院遗传与发育生物学研究所