StCPD基因及其应用

本发明属于分子遗传育种领域，具体涉及的是马铃薯stcpd基因在改良马铃薯农艺性状中的应用。

背景技术：

1、马铃薯(solanum tuberosum l.)作为世界四大粮食作物之一，对粮食安全起着至关重要的作用。马铃薯为粮薯兼用作物，其块茎既是食用器官，也是繁殖器官。传统的自留种薯易受多种病毒侵染，会引起马铃薯品种退化，严重制约其质量和产量(diéméet al.,2021；zierer etal.,2021)，马铃薯脱毒微型薯是利用茎尖脱毒和组织培养技术快速获得试管苗后，在培养瓶内诱导而获得的优质种薯，该种薯不带病毒、繁殖速度快，栽培成活率高，并且可以保持品种的优良特性(teo et al.,2017)。长期以来，微型薯的产量和质量一直是影响马铃薯产量的重要原因之一(basera et al.,2018；khosa et al.,2021)。利用脱毒技术生产合格的马铃薯微型薯，尤其是高品质原种和原原种，是保证马铃薯稳定高效生产的基础(nikhitha et al.,2021)。在马铃薯脱毒种薯生产中，提高原种和原原种的繁殖系数，降低种薯生产成本，是扩大脱毒种薯推广面积的重要课题。

2、油菜素内酯(brassinolide，bl)为重要的植物激素之一。目前，在各种作物中已鉴定出70多种油菜素内酯类化合物(brassinosteroids,brs)(rao et al.,2002)。brs作为一种环境友好、广谱高效型人工合成植物生长调节剂，在农业生产上具有广泛的应用前景(hayat et al.,2012)。近年来应用brs提高农作物抗逆能力报道很多，但对其农艺性状的影响，特别是通过转基因手段改良作物农艺性状的研究无相关文献报道。研究表明，外施brs能够提高微型薯诱导的诱导率，增加马铃薯的单株块茎数量和产量(唐鑫华等,2018)，但内源brs含量的增加对微型薯产量和质量的研究未见报道。cpd基因编码c-3氧化酶，为是brs合成的限速酶编码基因(bancos et al.,2006)。stcpd基因在马铃薯生长发育及抵抗逆境胁迫中发挥重要作用，研究stcpd相关调控机制具有重要的理论和现实意义。

3、根据拟南芥相关报道以及马铃薯生物信息分析，筛出了与马铃薯微型薯发育及植株生育期相关的stcpd基因。目前，关于stcpd基因在马铃薯块茎发育及生育期调控中的功能并无相关文献报道。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明提供了马铃薯stcpd基因在改良马铃薯农艺性状中的应用，通过马铃薯基因组数据库中公布的序列，以栽培种“紫花白”马铃薯叶片的cdna为模板，克隆stcpd基因，并构建超量表达载体，遗传转化“紫花白”马铃薯，进行转基因功能验证，发现超量表达stcpd基因能够影响马铃薯植株及微型薯生长发育，主要表现在叶片提前衰老、微型薯提前结薯以及生命周期缩短等特征。

2、为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、1.stcpd基因，“紫花白”马铃薯stcpd基因cds序列如序列表seq id no：1所示。马铃薯基因组数据库(http://spuddb.uga.edu/)公布的序列id为pgsc0003dmc400041203。上述两者序列完全一致。

4、2.stcpd基因克隆和功能验证方法，包括如下步骤：(1)引物设计；(2)rna提取；(3)cdna合成；(4)pcr反应和克隆载体构建；(5)植物表达载体构建；(6)表达载体导入农杆菌；(7)马铃薯遗传转化。

5、3.马铃薯stcpd基因基因在改良马铃薯农艺性状的应用。

6、4.马铃薯stcpd基因在促进试管苗生长发育中的应用。

7、5.马铃薯stcpd基因在促进微型薯提前结薯中的应用。

8、6.马铃薯stcpd基因在缩短植株生育期过程中的应用。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

10、(1)stcpd基因超量表达株系(c)的株高、茎粗、根长、鲜重和干重均显著高于非转基因植株(nt)。

11、(2)转基因株系及非转基因植株(nt)结薯实验中，c结薯时间比nt提前约1w，表明超量表达stcpd基因能明显促进块茎形成。

12、(3)c株系单株平均结薯数为2-3个，较nt的单株平均结薯数(1-2个)多。前者微型薯的平均直径、鲜重和干重也显著高于nt。

13、(4)生长100d左右，c株系地上部分几乎完全枯死，nt仍保持较强的生命活力，表明超量表达stcpd基因能一定程度上缩短植株生命周期。

技术特征：

1.stcpd基因在促进马铃薯试管苗生长发育中的应用，其特征在于所述stcpd基因cds序列如序列表seq id no：1所示。

2.stcpd基因在促进马铃薯微型薯提前结薯中的应用，其特征在于所述stcpd基因cds序列如序列表seq id no：1所示。

3.stcpd基因在缩短马铃薯生育期中的应用，其特征在于所述stcpd基因cds序列如序列表seq id no：1所示。

4.马铃薯stcpd基因，其特征在于所述stcpd基因cds序列如序列表seq id no：1所示。

5.马铃薯stcpd基因克隆和功能验证方法，其特征在于包括如下步骤：(1)引物设计；(2)rna提取；(3)cdna合成；(4)pcr反应和克隆载体构建；(5)植物表达载体构建；(6)表达载体导入农杆菌；(7)马铃薯遗传转化。

技术总结
本发明提供了马铃薯StCPD基因在改良马铃薯农艺性状中的应用，通过马铃薯基因组数据库中公布的序列，以栽培种“紫花白”马铃薯叶片的cDNA为模板，克隆了StCPD基因，并构建超量表达载体，遗传转化“紫花白”马铃薯，进行基因功能验证，发现超量表达StCPD基因能够改良马铃薯微型薯表型及生长周期等农艺性状，主要表现在植株粗壮、微型薯提前结薯、微型薯较大以及缩短生育期等特征。为马铃薯原种和原原种获得与保存及种薯规模化生产奠定了良好的基础。

技术研发人员：周香艳,敏睿,缪蓉,李彩娟,刘子良,陈思瑾,武季玲,王翠玲,苏衍龙
受保护的技术使用者：甘肃农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19