蒺藜苜蓿叶片发育调节基因stf、编码蛋白及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种叶片发育调苄基因，特别涉及一种蒺藜苜蓿叶片发育调控基因 STF及其应用。
【背景技术】
[0002] 随着人口的快速增长，耕地面积逐渐减少，全球性的粮食安全问题日益严重。水稻 是重要的粮食作物，为世界上一半以上的人口提供粮食和营养来源。提高水稻产量被认为 是缓解粮食危机最为重要的一个环节。水稻株型的改良对于提高水稻的产量具有重要的作 用。自1968年澳大利亚的Donald提出了作物理想株型的概念以来，国内外的水稻育种学家 围绕理想株型这一主题开展了系统的研究工作。理想株型是当前国内外超级稻研究中的一 个核心领域，即通过改变水稻在叶片、茎杆、分蘖和穗粒等性状的结构特点，最终达到促进 水稻产量的大幅度提高。然而水稻的株型受到多种遗传因素的调控，同时受外界环境的影 响。目前对水稻理想株型和产量形成的分子调控机制的认识还非常有限。
[0003] 叶片和茎杆是决定水稻株型的两大重要性状。叶片是植物进行光合作用的主要场 所，水稻籽粒灌浆的物质积累主要来自于开花后上部叶片的光合作用，所以叶片的质量是 研究水稻理想株型的重点。大量的实验结果表明叶片的有效面积和厚度与光合速率呈正相 关，同时较厚的叶片可以提高叶片的直立性，有利于水稻的密植，而叶片的直立性一直是高 产水稻品种的重要选择指标之一。倒伏是限制水稻高产的重要因素，水稻植株的抗倒性主 要由茎杆性状所决定。20世纪50-60年代提出的矮化育种通过降低株高使水稻的抗倒性、密 植性和耐肥性得到提高，从而提高产量。随着理论研究深入和生产实践的发展，对水稻茎杆 的选育有了新的认识。目前认为株高与生物质产量呈正相关。而生物质产量增加又是穗粒 数和千粒重增加的物质基础。适当增加水稻株高，可以降低叶面积密度，有利于二氧化碳的 扩散并提高整体植株的受光，进而促进生物质产量增加。水稻的抗倒伏能力与茎杆的长度 呈负相关，而与茎杆的粗度和厚度呈正相关。提高水稻茎杆的粗度和厚度为改善高杆品种 的抗倒伏性提供了新的方向。茎杆的粗细不但直接影响到水稻的抗倒伏能力，还决定着穗 子的大小。因此，茎杆粗壮也是现代水稻株型育种的重要指标。
[0004] 发明人前期从漠藜苜蓿(Medicago truncatula)中克隆了一个叶片发育的关键调 控基因 STEN0F0LIA(STF)，STF基因的功能缺失引起叶片的侧向伸展受到抑制，导致窄叶的 表型，同时我们发现stf突变体体内生长素、细胞分裂素等植物激素的动态平衡发生了改 变。STF基因编码一个双子叶植物特有的W0X家族转录因子。研究发现在玉米Ubiquitin启动 子驱动下，在水稻日本晴中异位表达蒺藜苜蓿STF基因会导致水稻叶片变宽加厚和茎杆粗 壮，并且叶片与茎杆变宽变粗的表型与STF表达量的高低呈现一定的剂量依赖性。此外，发 明人发现过表达STF水稻材料的光合效率显著提高，同时水稻植株的抗倒伏能力明显增强， 因此，本发明可用于解决农业生产上水稻等单子叶作物光合效率低、茎杆软弱，易倒伏等问 题。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种蒺藜苜蓿叶片发育调苄基因 STF及其在改良水稻等单子叶作物株 型，提高水稻的光合效率和抗倒伏能力方面的应用。
[0006] 一种蒺藜苜蓿叶片发育调节蛋白STF，如序列表SEQ ID NO. 1所示；
[0007] 上述蛋白的编码基因，如序列表SEQ ID NO.2所示；
[0008] 上述蛋白的编码基因，为如下中至少一种：
[0009] 1)SEQ ID从).2所示的0嫩分子；
[0010] 2)在严格条件下与1)限定的DNA分子杂交且编码权利要求1所述蛋白质的DNA分 子；
[0011] 3)与1)或2)限定的DNA分子具有90%以上的同一性且编码权利要求1所述蛋白质 的DNA分子。
[0012] 上述编码基因的重组载体，转基因细胞系或者重组菌。
[0013] 一种过表达载体，该载体是将SEQ ID N0.2所述的序列通过BP反应连接到到含有 Gateway接头的pD0NR207中间载体上，再通过LR反应将STF-pD0NR207重组至改造过的过表 达载体pMDC32-pUbi ;所述重组至改造过的过表达载体pMDC32-pUbi是将pMDC32载体上35S 启动子通过酶切方法换成玉米Ubiquitin启动子。
[0014] -种改变植物叶片，茎杆性状的方法，包括如下步骤:使植物中表达上述的蛋白。 [0015]所述表达上述蛋白的方法为:将上述的表达载体导入农杆菌菌株AGL1中，侵染植 物，获得转基因植物。
[0016] 上述的转基因植物为水稻。
[0017] 上述的蛋白在提高植物光合作用效率和抗倒伏方面的应用，所述植物为水稻等单 子叶植物。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:本发明从双子叶植物蒺藜苜蓿中克 隆到了调控植物叶片发育的基因 STF。本发明发现双子叶植物叶片发育控制基因 STF具有改 良水稻等单子叶作物叶片和茎杆两个重要农艺性状，显著提高水稻的光合效率和抗倒伏能 力，可用于解决农业生产上单子叶作物光合效率低、茎杆软弱，易倒伏等问题。
【附图说明】
[0019] 图1 :STF过表达水稻材料的分子检测。
[0020]图2: STF过表达水稻材料的表型分析。
[0021 ] 其中A-D为孕穗期不同表达量的STF过表达植株;E-Η为STF过表达植株对应的穗子 及旗叶表型。
[0022]图3: STF过表达水稻植株的光合效率分析。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0024] 实施例1 STF基因的分离克隆
[0025] 蒺藜苜蓿STF的CDS序列在基因组上的位置为Medtr8gl07210,设计PCR扩增引物， 正向引物F: 5 ' -ATGTGGATGGTGGGTTACAAT-3 ' ；反向引物R: 5 ' -TCAGTTTTTCAAGGGAAGAAACT-3'。收集蒺藜苜蓿不同生长时期的各个组织部位，TRizol法提取这些材料的总RNA(参考 invitrogen trizol)，参考invitrogen ssRT-ΙΠ 将mRNA反转录为cDNA，以漠藜苜蓿cDNA为 模板，进行PCR获得STF全序列