GmWRI1在调控植物产量及种子脂肪酸含量中的应用_2

文档序号:9283803阅读:来源:国知局
白基因)3'端转录的非翻译区均具有类 似功能。使用本发明的基因构建植物表达载体时,还可使用增强子,包括翻译增强子或转录 增强子,这些增强子区域可以是ATG起始密码子或邻接区域起始密码子等,但必需与编码 序列的阅读框相同,以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源 是广泛的,可以是天然的,也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基 因。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选,可对所用植物表达载体进行加工, 如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(GUS基因、萤光 素酶基因等)、抗生素的标记基因(如赋予对卡那霉素和相关抗生素抗性的nptll基因,赋 予对除草剂膦丝菌素抗性的bar基因,赋予对抗生素潮霉素抗性的hph基因,和赋予对氨甲 喋呤抗性的dhfr基因,赋予对草甘磷抗性的EPSPS基因)或是抗化学试剂标记基因等(如 抗除莠剂基因)、提供代谢甘露糖能力的甘露糖-6-磷酸异构酶基因。从转基因植物的安全 性考虑,可不加任何选择性标记基因,直接以逆境筛选转化植株。
[0049] 上述生物材料在调控植物产量和/或种子脂肪酸含量中的应用中,所述载体可为 质粒、黏粒、噬菌体或病毒载体。
[0050] 上述生物材料在调控植物产量和/或种子脂肪酸含量中的应用中,所述微生物可 为酵母、细菌、藻或真菌,如农杆菌。
[0051] 上述生物材料在调控植物产量和/或种子脂肪酸含量中的应用中,所述转基因植 物细胞系、转基因植物组织和转基因植物器官均不包括繁殖材料。
[0052] 在本发明的一个实施方式中,GmWRIl的编码基因(即序列1所示的DNA分子)通 过含有GmWRIl的编码基因的表达盒的重组载体导入根癌农杆菌LBA4404中。所述重组载 体为用序列所示的DNA分子替换pCAMBIA3301的BglII和BstEII识别序列间的DNA片 段得到的重组载体pCAMBIA3301-GmWRIl,pCAMBIA3301-GmWRIl表达序列2所示的GmWRIl 蛋白。
[0053] 上述生物材料在调控植物产量和/或种子脂肪酸含量中的应用中,所述产量可为 种子千粒重和/或种子体积。
[0054] 上述生物材料在调控植物产量和/或种子脂肪酸含量中的应用中,所述脂肪酸可 为油酸(oleicacid) 18:1 和 / 或亚油酸(linoleicacid) 18:2。
[0055] 上述生物材料在调控植物产量和/或种子脂肪酸含量中的应用中,所述植物可为 单子叶植物或双子叶植物。所述双子叶植物可为十字花科植物或豆科植物。所述十字花 科植物可为拟南芥(Arabidopsisthaliana),所述豆科植物可为大豆(Sesamumindicum L.) 〇
[0056] 为解决上述技术问题,本发明还提供了培育产量和/或种子脂肪酸含量增加的转 基因植物的方法。
[0057] 本发明所提供的培育产量和/或种子脂肪酸含量增加的转基因植物的方法,包括 向受体植物中导入GmWRIl的编码基因得到转基因植物的步骤;所述转基因植物与所述受 体植物相比产量和/或种子脂肪酸含量增加。
[0058] 上述方法中,所述产量可为种子千粒重和/或种子体积。
[0059] 上述方法中,所述脂肪酸可为油酸(oleicacid) 18:1和/或亚油酸(linoleic acid)18:2〇
[0060] 上述方法中,所述植物可为单子叶植物或双子叶植物。所述双子叶植物可为十字 花科植物或豆科植物。所述十字花科植物可为拟南芥(Arabidopsisthaliana),所述豆科 植物可为大豆(SesamumindicumL.)。
[0061] 上述方法中,GmWRIl的编码基因的编码序列是序列表中序列1所示的DNA分子。
[0062] 在本发明的实施例中,所述GmWRI1的编码基因(即序列1的所示的DNA分子)通 过含有GmWRIl基因表达盒的GmWRIl基因重组表达载体导入目的植物中。
[0063] 上述方法中,其中所述GmWRIl基因可先进行如下修饰,再导入受体种子植物中, 以达到更好的表达效果:
[0064] 1)根据实际需要进行修饰和优化,以使基因高效表达;例如,可根据受体植物所 偏爱的密码子,在保持本发明所述GmWRIl基因的氨基酸序列的同时改变其密码子以符合 植物偏爱性;优化过程中,最好能使优化后的编码序列中保持一定的GC含量,以最好地实 现植物中导入基因的高水平表达,其中GC含量可为35 %、多于45 %、多于50 %或多于约 60% ;
[0065] 2)修饰邻近起始甲硫氨酸的基因序列,以使翻译有效起始;例如,利用在植物中 已知的有效的序列进行修饰;
[0066] 3)与各种植物表达的启动子连接,以利于其在植物中的表达;所述启动子可包括 组成型、诱导型、时序调节、发育调节、化学调节、组织优选和组织特异性启动子;启动子的 选择将随着表达时间和空间需要而变化,而且也取决于靶物种;例如组织或器官的特异性 表达启动子,根据需要受体在发育的什么时期而定;尽管证明了来源于双子叶植物的许多 启动子在单子叶植物中是可起作用的,反之亦然,但是理想地,选择双子叶植物启动子用于 双子叶植物中的表达,单子叶植物的启动子用于单子叶植物中的表达;
[0067] 4)与适合的转录终止子连接,也可以提高本发明基因的表达效率;例如来源于 CaMV的tml,来源于rbcS的E9 ;任何已知在植物中起作用的可得到的终止子都可以与本发 明基因进行连接;
[0068] 5)引入增强子序列,如内含子序列(例如来源于Adhl和bronzel)和病毒前导序 列(例如来源于TMV,MCMV和AMV)。
[0069] 所述GmWRIl基因重组表达载体可通过使用Ti质粒,植物病毒栽体,直接DNA 转化,微注射,电穿孔等常规生物技术方法导入植物细胞(Weissbach, 1998,Methodfor PlantMolecularBiologyVIII,AcademyPress,NewYork,pp. 411-463;Geisersonand Corey, 1998,PlantMolecularBiology(2ndEdition). )〇
[0070] 上述方法中,所述转基因植物理解为不仅包含将所述GmWRIl基因转化目的植物 得到的第一代转基因植物,也包括其子代。对于转基因植物,可以在该物种中繁殖该基因, 也可用常规育种技术将该基因转移进入相同物种的其它品种,特别包括商业品种中。所述 转基因植物包括种子、愈伤组织、完整植株和细胞。
[0071] 本发明中,所述种子脂肪酸含量可为种子中脂肪酸总含量。
[0072] 为解决上述技术问题,本发明还提供了所述蛋白质或所述生物材料在培育产量和 /或种子脂肪酸含量增加植物中的应用。
[0073] 上述应用中,所述产量可为种子千粒重和/或种子体积。
[0074] 上述应用中,所述脂肪酸可为油酸(oleicacid) 18:1和/或亚油酸(Iinoleic acid)18:2〇
[0075] 上述应用中,所述植物可为单子叶植物或双子叶植物。所述双子叶植物可为十字 花科植物或豆科植物。所述十字花科植物可为拟南芥(Arabidopsisthaliana),所述豆科 植物可为大豆(SesamumindicumL.)。
[0076] 实验证明,本发明的GmWRIl蛋白质及其编码基因可以促进种子干物质的积累, 提高植物的产量:与野生型拟南芥Columbia-O相比,编号为1-1的转GmWRIl基因拟南 芥的千粒重提高了 49. 12%,编号为5的转GmWRIl基因拟南芥的千粒重提高了 23. 39%, 编号为1-35和1-23的转GmWRIl基因拟南芥的千粒重也分别提高了 6. 43%和13. 45%。 实验证明,本发明的GmWRIl蛋白质及其编码基因可以促进种子油份的积累,提高种子的 脂肪酸总含量:与野生型拟南芥相比,转GmWRIl基因拟南芥种子的脂肪酸总含量上升了 11. 40-20. 70 % ;与未转基因的大豆品种东农50相比,转GmWRI1基因的大豆种子的脂肪 酸总含量上升幅度可达15.41%。本发明的GmWRIl蛋白质及其编码基因还可以改变植物 种子的脂肪酸组成,与野生型拟南芥Columbia-O相比,转GmWRIl基因拟南芥油酸(oleic acid) 18:1和亚油酸(linoleicacid) 18:2的含量有小幅提高。实验证明,可利用本发明 的GmWRIl蛋白质及其编码基因培育植物产量及种子脂肪酸含量增加或脂肪酸组成变化的 转基因植物。
【附图说明】
[0077] 图1为转GmWRIl基因拟南芥植株的抗PPT特性筛选结果。其中,箭头指的是能够 在草丁膦选择培养基上生长的拟南芥幼苗。
[0078] 图2为T。代转GmWRIl基因拟南芥的PCR扩增结果。其中,泳道M为分子量标准 (TaKaRa公司);泳道1-20为T。代转GmWRIl基因拟南芥株系;水:为H20对照;CK:野生型 拟南芥阴性对照;+ :阳性质粒对照。
[0079] 图3为T3代转GmWRIl基因的拟南芥RNA水平上的鉴定结果。其中5号为T3代编 号为5的转GmWRIl基因拟南芥,1-35为1~3代编号为1-35的转GmWRIl基因拟南芥,1-1为 1代编号为1-1的转GmWRIl基因拟南芥,1-23为T3代编号为1-23的转GmWRIl基因拟南 芥,WT为野生型拟南芥Columbia-0。
[0080] 图4为1代转GmWRIl基因的拟南芥的表型。其中,CK表示野生型拟南芥 Columbia-0。突变体为拟南芥WRIl基因突变体wri1-4,过表达1-35为编号为1-35的T3 代转GmWRIl基因的拟南芥,过表达5号为编号为5的T3代转GmWRIl基因的拟南芥。
[0081] 图5为T3代转GmWRIl基因的拟南芥种子扫描电镜分析结果。其中,CK表示野生 型拟南芥Columbia-0,1-35为编号为1-35的T3代转GmWRIl基因的拟南芥,5为编号为5 的T3代转GmWRIl基因的拟南芥,1-1为编号为1-1的T3代转GmWRIl基因的拟南芥。
[0082] 图6为1\代转GmWRIl基因的大豆的tNos终止子的PCR扩增结果。其中,泳道M 为分子量标准(TaKaRa公司);泳道1-6为6个tNos终止子阳性的T1代转GmWRIl基因大 豆株系;+表示阳性对照;-表示阴性对照*0为空白对照。
[0083] 图7为T1代转GmWRI1基因的大豆的Bar基因的PCR扩增结果。其中,泳道M为分 子量标准(TaKaRa公司);泳道1-5为5个bar基因阳性的T1代转GmWRIl基因大豆株系; +表示阳性对照;-表示阴性对照;H20为空白对照。
【具体实施方式】
[0084] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行进一步的
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