改良植物根系和产量的相关蛋白TaMOR-D及其编码基因与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于植物基因工程领域，尤其设及改良植物根系和产量的相关蛋白 TaMOR-D及其编码基因与应用。
【背景技术】
[0002] 粮食问题是关乎国家安全的头等大事，但是全球气候变暖及其他环境因素变化导 致全球范围内粮食大量减产，使粮食供给减少，局部地区因粮食短缺引发动荡。同时全球人 口不断增加，消费需求加上生物能源需求增加，使得粮食需求大增。所W粮食增产问题是全 球农业面临的巨大挑战。
[0003] 根系在水分和养分摄取，支撑植株生长和根系微环境建立等方面起重要作用。根 系改良越来越被认同是作物改良的一种有效手段。根系的生长发育受到一系列基因的调 节。明确根系生长发育的调控机制，将为根系基因工程研究和应用提供科学依据。研究表 明，把分子遗传学和遗传工程研究相结合，将有助于基因发掘和作物改良，从而达到增产的 目的。
[0004] 因此，利用现代分子生物技术，发掘根系形态建成相关基因，通过基因工程改良根 系，对粮食增产具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是提供一种改良植物根系和产量的相关蛋白TaMOR-D及其编 码基因与应用。
[0006] 本发明提供的蛋白质，命名为TaMOR蛋白，来源于小麦（TriticumaestivumL.) 品种旱选10号，是如下a)或b)的蛋白质：
[0007] a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；
[000引b)将序列表中序列2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/或添加且具有相同功能的由a)衍生的蛋白质。
[0009] 为了便于上述（a)中所示蛋白质的纯化，可在由序列表中序列1的氨基酸残基序 列组成的蛋白质的氨基末端或簇基末端连接上如下表所示的标签。
[0010] 表1:柄签的序列
[0011]
[0012]
[0013] 上述化）中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。 上述化）中的蛋白质的编码基因可通过将序列表中序列4、序列5和序列6所示的DNA序列 中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变。
[0014] 编码所述蛋白质的DNA分子也属于本发明的保护范围。
[001引 上述DNA分子为如下1)-5)中任一种的DNA分子：
[001引 1)编码区为序列表中序列1所示的DNA分子；
[0017] 2)编码区为序列表中序列1第14-739位所示的DNA分子；
[001引扣编码区为序列表中序列1第14-742位所示的DNA分子；4)与1)或。或扣限定 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 码权利要求1所述蛋白质的DNA分子；
[0019] 5)在严格条件下与1)或2)或3)限定的DNA序列杂交且编码上述蛋白质的DNA 分子。
[0020] 其中，序列1由926个核巧酸组成，第14-742位为0RF，编码序列表中序列2所示 的蛋白质。
[0021] 含有上述DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系、重组菌或重组病毒也属于 本发明的保护范围。
[0022] 所述重组载体可为重组表达载体，也可为重组克隆载体。
[0023] 所述重组表达载体可用现有的植物表达载体构建。所述植物表达载体包括双元 农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等，如pGreen0029、PCAMBIA3301、PCAMBIA1300、 pCUbi1390、PBI121、地inl9、PCAMBIA2301、pCAMBIA1301-UbiN或其它衍生植物表达载体。 所述植物表达载体还可包含外源基因的3'端非翻译区域，即包含聚腺巧酸信号和任何其它 参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺巧酸信号可引导聚腺巧酸加入到mRNA前 体的3'端。使用所述基因构建重组表达载体时，在其转录起始核巧酸前可加上任何一种增 强型、组成型、组织特异型或诱导型启动子，例如花挪菜花叶病毒（CAMV)35S启动子、泛素 基因化iquitin启动子（P化i)、胁迫诱导型启动子rd29A等，它们可单独使用或与其它的 植物启动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建重组表达载体时，还可使用增强子，包 括翻译增强子或转录增强子，运些增强子区域可W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，W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W是天然的，也可W是合成的。翻译起始区域可W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，可对所用重组 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、具有抗性的抗生素标记物或是抗化学试剂标记基因等。
[0024] 在本发明中，所述重组表达载体中启动所述基因转录的启动子具体为35S启动 子。
[00巧]更为具体的，所述重组表达载体为在PCAMBIA1300-GFP和pCUBi1390载体的多克 隆位点处插入所述基因后得到的重组质粒。所述多克隆位点具体分别为Hindlll和Smal、 BamHI和Spel。
[0026] 所述表达盒由能够启动所述基因表达的启动子，所述基因，W及转录终止序列组 成。
[0027] 上述蛋白质或所述DNA分子或所述重组载体、表达盒、转基因细胞系、重组菌或重 组病毒在调控植物根系和/或产量中的应用也属于本发明的保护范围：
[0028] 上述调控植物根系为提高植物侧根、冠状根数量和/或根干重；
[0029] 上述调控植物产量体现在提高植物单株粒数和/或单株产量。
[0030] 上述蛋白质或所述DNA分子或所述重组载体、表达盒、转基因细胞系、重组菌或重 组病毒在培育高改良根系和/或高产量转基因植物中的应用也是本发明保护的范围。
[0031] 上述蛋白质在作为转录因子中的应用也是本发明保护的范围。
[0032] 上述应用中，所述植物为单子叶植物或双子叶植物；
[0033] 或所述植物为单子叶植物，所述单子叶植物具体为水稻；
[0034] 或所述植物为双子叶植物，所述单子叶植物具体为拟南芥。
[0035] 本发明另一个目的是提供一种培育改良根系和/或高产量转基因植物的方法，包 括如下步骤：将上述DNA分子导入目的植物，得到转基因植物；
[0036] 所述转基因植物具有如下1)-8)中至少一种表型：
[0037] 1)所述转基因植物的根系改良；
[0038] 2)所述转基因植物产量高于所述目的植物；
[0039] 3)所述转基因植物的株高大于所述目的植物；
[0040] 4)所述转基因植物的地上干重大于所述目的植物；
[0041] 5)所述转基因植物的分葉数大于所述目的植物；
[0042] 6)所述转基因植物的主穗长大于所述目的植物；
[0043]7)所述转基因植物的主茎直径大于所述目的植物；
[0044] 8)所述转基因植物的主穗一次枝梗数大于所述目的植物。
[0045] 上述方法中，所述转基因植物的根系改良体现在如下A-C中至少一种：
[0046]A)所述转基因植物的侧根数大于所述目的植物；
[0047]B)所述转基因植物的冠状根数大于所述目的植物；
[004引 C)所述转基因植物的根干重大于所述目的植物；
[0049] 所述转基因植物产量高于所述目的植物体现在如下D和/或E:
[0050]D)所述转基因植物的单株粒数大于所述目的植物；
[0051]巧所述转基因植物的单株产量大于所述目的植物；
[0052] 所述植物为单子叶植物或双子叶植物；
[0053] 或所述植物为单子叶植物，所述单子叶植物具体为水稻；实施例用的是野生型水 稻Kitaake。
[0054] 或所述植物为双子叶植物，所述单子叶植物具体为拟南芥，实施例中用的是拟南 芥哥伦比亚ο型（Clo-0)。
[0055] 所述蛋白质在作为转录因子中的应用也属于本发明的保护范围。
[0056] 本发明的实验证明了，本发明发现了新蛋白TaMOR-D，过表达TaMOR-D能有效改良 拟南芥根系，并且有效改良水稻根系、茎杆及其产量等性状，证明TaMOR-D与植物的根系生 长和单株产量有关，为培育高产量的转基因植物提供基础。。
【附图说明】
[0057] 图1为TaMOR-D亚细胞定位示意图；A、B分别为Confocal下观察小麦原生质体和 烟草叶片中TaMOR-D-GFP表达的情况。
[0058] 图2为TaMOR-D蛋白全长及其截断的转录激活活性检测结果；A为TaMOR截断示 意图；B为TaMOR截断连接到抓载体上转化的酵母在缺陷培养基上的生长状况。
[0059] 图3为TaMOR在小麦不同发育时期不同组织中的相对表达量；A和B分