專利名稱::水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因與應(yīng)用。
背景技術(shù):
:細(xì)胞壁是一個(gè)主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠和蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體(Delmer,1999),細(xì)胞壁決定細(xì)胞的大小和形狀,并且為細(xì)胞提供機(jī)械支持力和彈性,使細(xì)胞免受病原菌的侵害。研究表明,纖維素合酶(Cellulosesynthase,Ces)是負(fù)責(zé)細(xì)胞壁中纖維素合成的一大類糖基轉(zhuǎn)移酶。第一個(gè)被克隆的植物纖維素合酶是棉花的CesA(CellulosesynthaseA)(pear,1996),已有研究證明,CesA在植物體內(nèi)以基因家族形式存在,多個(gè)CesA基因在纖維素合成過(guò)程中共同起作用。蛋白結(jié)構(gòu)分析表明,纖維素合酶CesA的N末端的一段氨基酸可形成一個(gè)類似于鋅指或LIM轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)象的特殊結(jié)構(gòu)域,此種結(jié)構(gòu)域具有保守序列CxxC(半胱氨酸氨-xx-半胱氨酸氨),推測(cè)可能與蛋白間的相互作用有關(guān)(Delmer"W.,1999)。除上述已被鑒定的CesA基因家族外,植物體內(nèi)還存在一大類基因家族,它們編碼的氨基酸序列與CesA蛋白的序列同源性在70%85%之間,但不含植物的CeW基因所特有的序列,而含有D、D、D、QXXRW的保守基序,屬于第二糖苷轉(zhuǎn)移酶家族(glycosyltransferasefamily2,GTfamily2),被命名為纖維素合酶類似蛋白(cellulosesynthaselikeprotein,CSL)(SaxenaandBrown,2000;Hazenetal.,2002),結(jié)構(gòu)分析表明,這類蛋白都具有完整的膜蛋白的結(jié)構(gòu)特征,在C端有3—6個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域,N端有l(wèi)—2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域。目前,這些C5Z基因的功能還不十分清楚,推測(cè)它們可能與細(xì)胞壁中其他多聚糖的合成有關(guān)。根據(jù)基因序列的不同,C5Z可分為8個(gè)家族,分別為"W、CW仏CWC、&7從CsM、Cs7尸CWCCWvy家族。生物信息學(xué)分析表明,擬南芥中C義丄5、C、Z、f、61這6個(gè)家族分別含有9、6、5、6、l和3個(gè)成員,共有30個(gè)基因(RichmondandSomerville,2000);而水稻中的C5Z基因則至少有37個(gè)成員組成,與擬南芥相比,不存在6W5和6WC家族,但是含有草本植物中特有的"^Sl"M家族(Hazenefa丄,2002)。目前尚不能從特定糖苷轉(zhuǎn)移酶的氨基酸序列來(lái)推斷其多糖產(chǎn)物的糖基組成及糖苷鍵類型。纖維素合酶的體外功能研究尚屬空白。最近纖維素合酶類似蛋白的功能研究有了報(bào)導(dǎo)。在雙子葉植物擬南芥中,并不存在B-D-葡聚糖,而水稻中則存在該類多糖,Burton等將水稻特有的as尸基因轉(zhuǎn)到擬南芥中進(jìn)行表達(dá),結(jié)果在轉(zhuǎn)基因擬南芥中檢測(cè)到了J3-D-葡聚糖,證明了水稻的67W基因參與fi-葡聚糖的合成(Burtonefa7.,2006)。Lipmen把4個(gè)來(lái)自擬南芥和水稻的&Z4基因"z^sZ47、JtCsZ4么Xz^s"巧口^&W7)在昆蟲(chóng)S2細(xì)胞中表達(dá),體外分析表明這些重組蛋白能夠產(chǎn)生B-多聚甘露糖,表明它們具有甘露糖合成酶的功能,(Li印manWa丄,2005,KeegstraandWalton,2006)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因與應(yīng)用。本發(fā)明的所提供的水稻株高相關(guān)蛋白,命名為ND1,來(lái)源于水稻,NDl是如下a)或b)的蛋白a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì);b)在序列表中序列2所示的氨基酸序列中經(jīng)過(guò)取代和/或缺失和/或添加一個(gè)或幾個(gè)氨基酸且與株高相關(guān)的由a)衍生的蛋白質(zhì)。其中,序列表中序列2由1211個(gè)氨基酸殘基組成。為了使a)中的NDl便于純化,可在由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如表l所示的標(biāo)簽。表l.標(biāo)簽的序列標(biāo)簽殘基序列Poly-Arg5-6(通常為5個(gè))RRRRRPoly隱His2-10(通常為6個(gè))HHHHHHFLAG8DYKDDDDKStrep-tagII8WSHPQFEKc-myc10EQKLISEEDL上述b)中的NDl可人工合成,也可先合成其編碼基因,再進(jìn)行生物表達(dá)得到。上述b)中的NDl的編碼基因可通過(guò)將序列表中序列1所示的DNA序列中缺失一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的密碼子,和/或進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)的錯(cuò)義突變,和/或在其5'端和/或3'端連上表1所示的標(biāo)簽的編碼序列得到。編碼所述ND1的基因也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。ND1基因具體可為如1)或2)或3)的基因1)其核苷酸序列是序列表中序列1所示的DNA分子;2)在嚴(yán)格條件下可與序列表中序列1限定的DNA序列雜交且編碼上述與株高相關(guān)蛋白的DNA分子;3)與l)的基因具有90%以上的同源性,且編碼上述與株高相關(guān)蛋白的DNA分子。所述步驟3)中的基因,與l)的基因最好有95%以上的同源性。序列表中的序列1由3636個(gè)堿基組成,編碼具有序列表中序列2的氨基酸殘基序列的蛋白質(zhì),自5'末端第l-3位為起始密碼子。序列比較表明,該基因編碼纖維素合酶類似蛋白,屬&7"家族,與已知的&CWvW、Os6^Z么ftsCW"J序列不同。上述嚴(yán)格條件可為在6XSSC,0.5%SDS,5XDenhardt,s液,100ug/ml鮭魚(yú)精DNA的溶液中,在65°C下雜交,然后用2XSSC,0.1%SDS和1XSSC,0.1%SDS各洗膜一次。擴(kuò)增上述ND1基因全長(zhǎng)或任一片段的引物對(duì)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。含有上述ND1編碼基因的重組載體、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系和重組菌也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍??捎矛F(xiàn)有的植物表達(dá)載體構(gòu)建含有ND1基因的重組表達(dá)載體。所述植物表達(dá)載體包括雙元農(nóng)桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等,如pCAMBIA3301、pCAMBIA1300、pBI121、pBinl9、pCAMBIA2301、pCAMBIA1301-UbiN或其它衍生植物表達(dá)載體。攜帶有本發(fā)明的NDl基因的植物表達(dá)載體可通過(guò)Ti質(zhì)粒、Ri質(zhì)粒、植物病毒載體、直接DNA轉(zhuǎn)化、顯微注射、電導(dǎo)、農(nóng)桿菌介導(dǎo)等常規(guī)生物學(xué)方法轉(zhuǎn)化到植物細(xì)胞或組織中。被轉(zhuǎn)化的宿主植物可以是水稻。使用ND1基因構(gòu)建重組植物表達(dá)載體時(shí),在其轉(zhuǎn)錄起始核苷酸前可加上任何一種增強(qiáng)型、組成型、組織特異型或誘導(dǎo)型啟動(dòng)子,如花椰菜花葉病毒(CAMV)35S啟動(dòng)子、泛生素基因Ubiquitin啟動(dòng)子(pUbi)等,它們可單獨(dú)使用或與其它的植物啟動(dòng)子結(jié)合使用;此外,使用本發(fā)明的ND1基因構(gòu)建植物表達(dá)載體時(shí),還可使用增強(qiáng)子,包括翻譯增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子,這些增強(qiáng)子區(qū)域可以是ATG起始密碼子或鄰接區(qū)域起始密碼子等,但必需與編碼序列的閱讀框相同,以保證整個(gè)序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號(hào)和起始密碼子的來(lái)源是廣泛的,可以是天然的,也可以是合成的。翻譯起始區(qū)域可以來(lái)自轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域或結(jié)構(gòu)基因。為了便于對(duì)轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞或植物進(jìn)行鑒定及篩選,可對(duì)所用植物表達(dá)載體進(jìn)行加工,如加入可在植物中表達(dá)可產(chǎn)生顏色變化的酶或發(fā)光化合物的基因(GUS基因、螢光素酶基因等)、具有抗性的抗生素標(biāo)記物(慶大霉素標(biāo)記物、卡那霉素標(biāo)記物等)或是抗化學(xué)試劑標(biāo)記基因(如抗除莠劑基因)等。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用NDl基因改變水稻株高和/或分蘗數(shù)的方法。本發(fā)明所提供的利用ND1基因改變水稻株高和/或分蘗數(shù)的方法,是將ND1基因?qū)肽康乃窘M織或細(xì)胞中,得到株高和/或分蘗數(shù)改變的轉(zhuǎn)基因水稻。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種培育矮桿和/或分蘗數(shù)增加的水稻的方法,是沉默目的水稻中所含有的ND1基因,得到株高降低和/或分蘗數(shù)增加的轉(zhuǎn)基因水稻。本發(fā)明利用Co60射線對(duì)秈稻中秈3037進(jìn)行輻射處理,篩選到一個(gè)水稻矮稈窄葉突變體/fl76ar/wr7ea/朋"oVar/",該突變體還具有多蘗、葉子半內(nèi)巻等優(yōu)良的農(nóng)藝性狀。通過(guò)構(gòu)建秈粳雜交群體,利用圖位克隆的方法,獲得了來(lái)自中秈3037中控制這一性狀的ND1基因。同時(shí)本發(fā)明構(gòu)建了ND1RNA干擾表達(dá)載體pRNAi-ndl和互補(bǔ)表達(dá)載體pCsld4,將RNA干擾表達(dá)載體pRNAi-ndl轉(zhuǎn)入水稻中,敲除水稻的ND1基因,ND1基因敲除的水稻表現(xiàn)出窄葉矮桿性狀;將互補(bǔ)表達(dá)載體pCsld4轉(zhuǎn)入突變體"W中,能恢復(fù)矮桿窄葉表型為野生型表型。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明ND1能控制水稻株高葉寬性狀。本發(fā)明的水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因,在分子育種工作中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。圖1為秈稻中秈3037突變體"W與秈稻中秈3037表型A:苗期的秈稻中秈3037突變體/2o7與秈稻中秈3037,左為秈稻中秈3037,右為突變體/2fl^B:成熟期的秈稻中秈3037突變體/7o7與秈稻中秈3037,左為秈稻中秈3037,右為突變體"fl7。圖2為秈稻中秈3037突變體/2心與秈稻中秈3037莖節(jié)和葉片切片A:中秈3037第一莖節(jié)的縱切屈,B:中秈3037突變體"W第一莖節(jié)的縱切圖,C:中秈3037突變體"W葉片的橫切圖,D:中秈3037突變體"W葉片的橫切圖。圖3:ND1基因敲除后日本晴植株表型及轉(zhuǎn)對(duì)照載體的植株表型具體實(shí)施例方式實(shí)施例l、M^基因全長(zhǎng)ORF的獲得1.水稻窄葉矮桿突變體"o7a)水稻窄葉矮桿突變體"W的表型分析利用Co60射線對(duì)秈稻品種中秈3037的種子進(jìn)行輻射處理,篩選到一個(gè)水稻矮稈窄葉突變體,命名為/207(/3arrwr7ea/朋d^rar/7)。該突變體的基本特征是植株矮化,葉片變窄,且呈半內(nèi)巻狀態(tài),分蘗數(shù)增加。"o7從苗期就有突變性狀,如圖1A所示,植株成熟后表型更加明顯,如圖1B所示。抽穗后,"o7的株高大約相當(dāng)于野生型株高的60%,每個(gè)葉片都變窄,長(zhǎng)度也明顯變短,并且呈半內(nèi)巻。PSII系統(tǒng)的光能利用率是植物衰老的一個(gè)重要指標(biāo),當(dāng)植株葉片開(kāi)始衰老時(shí)其光能利用率會(huì)隨著降低。對(duì)成熟后期(抽穗20天)的/7o7和野生型植株的光合系統(tǒng)I1(PSII)的光能利用率進(jìn)行測(cè)定,/2W的PSII系統(tǒng)的光能利用率相對(duì)較高,結(jié)果見(jiàn)表l,與野生型相比,在成熟后期的衰老相對(duì)延遲。一般情況下,水稻植株的矮化會(huì)直接或間接地影響植株的分蘗。為了比較/2^與野生型的分蘗,對(duì)二者的分蘗情況進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果表明,刀w主莖各葉內(nèi)初級(jí)分蘗的發(fā)生時(shí)期和野生型植株沒(méi)有明顯的差異。但/7fl7的分蘗數(shù)相比野生型明顯地增加,在拔節(jié)期,野生型植株的分蘗數(shù)平均為10.23,而"w的分蘗則為13.54個(gè),結(jié)果如表l。表1突變體Z707和野生型植株分蘗和光系統(tǒng)ii比較名稱野生型突變體/7o7psii(抽穗后20天)0.702±0.0490.841±0.036有效分蘗數(shù)15.23±0.5433.54±1,07b)水稻突變體"W的遺傳分析"心來(lái)源于中秈3037,相對(duì)于水稻高稈品種南京6號(hào)而言,野生型中秈3037本身就含有一對(duì)隱性純合矮稈基因577。將突變體/心和高稈野生型品種南京6號(hào)進(jìn)行雜交,根據(jù)株高的分布特征,/2c7/南京6號(hào)的雜種F2群體可以明顯劃分為高稈、半矮稈和矮稈(類似于"o7的株高)3類,這說(shuō)明突變體/^/7中含有兩對(duì)矮稈基因,除含有野生型3037含有的5Z7矮稈基因外,還含有一對(duì)新的矮稈基因M厶同時(shí)本發(fā)明構(gòu)建了突變體/7o7/3037和/7心/^運(yùn)粳8號(hào)雜交組合,并且調(diào)査了1300株F2個(gè)體植株。在這2000株F2個(gè)體,矮生和窄葉這兩個(gè)性狀是共分離的,而且分離比為3:1,結(jié)果見(jiàn)表2。表2突變體ndl在不同組合f2代中的分離雜交組合野生型突變體總計(jì)x2(3:1)/2fl7/30374951486431.245/2fl7/武運(yùn)粳8號(hào)4921556470.322C)突變體的細(xì)胞學(xué)觀察本發(fā)明對(duì)突變體"w和野生型植株的穗下節(jié)間進(jìn)行了縱切,并通過(guò)顯微鏡進(jìn)行了細(xì)胞學(xué)觀察。結(jié)果表明突變體"w與野生型相比,雖然細(xì)胞的排列上沒(méi)有明顯的變化,但細(xì)胞的長(zhǎng)度明顯縮短如圖2a、b。另外,突變體/K/7葉片主脈的發(fā)育也不正常,如圖2c、d。這些結(jié)果說(shuō)明突變體/^7的矮化可能主要由于節(jié)間伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞不能正常地伸長(zhǎng)的緣故,但也不能排除由于細(xì)胞總體數(shù)目減少的因素。72.ND1基因的獲得遺傳分析證明該/^7突變是單基因隱性突變。利用圖位克隆技術(shù),通過(guò)配置的秈粳交F2群體,克隆M7基因。圖位克隆(map-basedcloning),又稱定位克隆(positionalcloning),1986年首先由劍橋大學(xué)的Coulson提出。該方法可以在基因產(chǎn)物未知的情況下,根據(jù)功能基因在基因組中的位置進(jìn)行的,在利用分離群體的遺傳連鎖分析或染色體異常將基因定位到染色體的1個(gè)具體位置的基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)建高密度的分子連鎖圖,找到與目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記,不斷縮小候選區(qū)域進(jìn)而克隆該基因。1)#"7的初步定位將突變體/7^和粳稻武運(yùn)粳8號(hào)進(jìn)行雜交并獲得了F2群體,選擇200株具有典型突變性狀的植株進(jìn)行M7基因的初步定位。應(yīng)用STS分子標(biāo)記,利用PCR的方法,發(fā)現(xiàn)位于第12染色體上的STS標(biāo)記C60772、R877和S11447與突變位點(diǎn)在位置上具有明顯的連鎖性。突變位點(diǎn)和C60772之間的交換單株,絕大多數(shù)在突變位點(diǎn)和R877之間也進(jìn)行交換,而這些交換單株又與突變位點(diǎn)和S11447之間的交換單株不同,因此推斷突變基因可能位于標(biāo)記R877和標(biāo)記S11447之間的區(qū)域。參照已經(jīng)完成的水稻基因組序歹U(http:〃www.tigr.org/tdb/e2kl/osal/禾口http:〃btn.genomics,org,cn),對(duì)粳稻和秈稻的序列進(jìn)行比較,利用序列差異發(fā)展了11個(gè)新的STS和CAPS分子標(biāo)記,STS和CAPS分子標(biāo)記序列見(jiàn)表3。利用這些標(biāo)記對(duì)200個(gè)F2突變體單株進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)標(biāo)記S3和S2只能檢測(cè)到一個(gè)交換單株,而且交換單株不同。而利用標(biāo)記S5和S8在200個(gè)F2突變體單株找不到交換單株,這2個(gè)標(biāo)記和突變位點(diǎn)是共分離的。由于該區(qū)域的跨疊BAC序列已經(jīng)測(cè)通,序列分析表明標(biāo)記S2和S3之間的物理距離為280kb。因此,通過(guò)初步定位將候選基因定位于280kb的區(qū)域內(nèi)。表3.STS和CAPS標(biāo)記<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>2)M7精細(xì)定位進(jìn)一步擴(kuò)大突變體"o7和粳稻武運(yùn)粳8號(hào)的雜交組合,獲得了包含7024株突變單株的F2分離群體,應(yīng)用新發(fā)展的標(biāo)記對(duì)該基因進(jìn)行了精細(xì)定位。利用標(biāo)記S2和S3對(duì)7024株突變單株進(jìn)行分析,結(jié)果共檢測(cè)到59個(gè)交換單株標(biāo)記S3檢測(cè)到35個(gè),而標(biāo)記S2只檢測(cè)到24個(gè)。利用位于這兩個(gè)標(biāo)記間的標(biāo)記對(duì)檢測(cè)到的59個(gè)交換單株進(jìn)行分析,結(jié)果標(biāo)記S5篩選到20個(gè)交換單株,標(biāo)記C1篩選到7個(gè)交換單株;利用另一側(cè)的標(biāo)記S4檢測(cè)到了14個(gè)交換單株,標(biāo)記S8檢測(cè)到了7個(gè)交換單株而標(biāo)記S7檢測(cè)到了2個(gè)交換單株;標(biāo)記S6和C2檢測(cè)不到交換單株,表明這兩個(gè)標(biāo)記和突變位點(diǎn)是共分離的。通過(guò)比較交換單株可以發(fā)現(xiàn),兩側(cè)的交換單株都不相同。綜上結(jié)果表明M^基因最終被限定在水稻12號(hào)染色體AL845342BAC的標(biāo)記Cl和標(biāo)記S7之間,這兩個(gè)標(biāo)記之間的物理距離約為24kb。利用水稻基因組注解數(shù)據(jù)庫(kù)RiceGAAS(http:〃ricegaas.dna.affrc.go..jp/rgadb)分析表明,24kb區(qū)域內(nèi)共有3個(gè)基因,分別是種子萌發(fā)相關(guān)基因,抗病相關(guān)基因PR-10a和類纖維素合酶D家族基因(putativeCellulosesynthase-likeD5)。3)M^基因的確定通過(guò)上述的基因精細(xì)定位及生物信息學(xué)方面的分析,目的基因被鎖定在三個(gè)候選基因之中。利用DNA序列測(cè)定的方法,分別將突變體基因組DNA和野生型基因組DNA中的種子萌發(fā)相關(guān)基因,抗病相關(guān)基因PR-10a和類纖維素合酶基因進(jìn)行了序列分析,結(jié)果表明前兩個(gè)基因沒(méi)有發(fā)生突變,而類纖維素合酶基因的第二個(gè)外顯子上有一個(gè)堿基發(fā)生了由C變成T的替換,從而導(dǎo)致該蛋白的第961個(gè)氨基酸發(fā)生了變化,由丙氨酸(Ala)變成了纈氨酸(Val)。因此,將類纖維素合酶基因確定為目標(biāo)基因,命名為MV。利用水稻基因組注解數(shù)據(jù)庫(kù)RiceGAAS信息表明,該基因從起始密碼子到終止密碼子的基因組全長(zhǎng)為3972bp,共有2個(gè)外顯子,1個(gè)內(nèi)含子,mRNA的全長(zhǎng)為3636bp,共編碼1211個(gè)氨基酸。4)M7基因全長(zhǎng)0RF的獲得水稻中秈3037葉片總RNA提取采用QIAGEN公司RNA提取試劑盒,以O(shè)ligo(dt)-18為引物,以所提取的總RNA為模板進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄合成第一鏈cDNA。以此cDNA為模板,用引物primer1(5,—ATGTCGCGGCGGCTGTCGTT-3,)禾口primer2(5,-CTATGGGAAGCTGAATCCGC-3'),進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng),反應(yīng)條件如下反應(yīng)體積50W,其中含有模板(cDNA)(5ng)primer1和primer2終濃度各0.2,dNTP終濃度各200幽LATaqDNA聚合酶2.5UlOXTaqDNA聚合酶緩沖液用雙蒸水補(bǔ)足至50W體積。反應(yīng)程序如下94°C,變性5分鐘;然后94。C變性30秒,56。C退火30秒,72t:延伸3分鐘,擴(kuò)增30個(gè)循環(huán);最后在72'C下延伸10分鐘。擴(kuò)增產(chǎn)物用QIAquick膠回收試劑盒(Qiagen,28706)按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行純化,然后與pGEM-TEASY載體(Promega,A1360)在16。C下連接8小時(shí),構(gòu)建重組載體pGEM-M7。使用2mm電極杯,2500V將重組載體pGEM-yi27轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5a,轉(zhuǎn)化物在含氨芐青霉素的LB平板培養(yǎng)基上生長(zhǎng),挑選克隆,提取質(zhì)粒,對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行測(cè)序,測(cè)序使用AbIPRISM3700DNA分析儀(Perkin-Elmer/AppliedBiosystem),測(cè)序結(jié)果表明,擴(kuò)增到的片段的核苷酸序列如序列表中序列l(wèi)所示,將該片段命名為NDl,ND1全長(zhǎng)3636bp,其編碼的氨基酸序列見(jiàn)序列表中序列2。實(shí)施例3、ND1功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)1)互補(bǔ)表達(dá)載體pCsld4的構(gòu)建利用XbaI和HpaI對(duì)BACOsJNBa0027H05(購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家基因研究中心)進(jìn)行酶切,獲得包含有MJ的起始密碼子ATG上游的3005個(gè)堿基和終止密碼子TGA后的3360個(gè)堿基的全長(zhǎng)序列的DNA片段(藤8bp),克隆到pCAMBIA1300(C細(xì)IA,Canberra,Australia)的化al和5"鵬I識(shí)別位點(diǎn)間,即構(gòu)建成了互補(bǔ)表達(dá)載體pCsld4。將構(gòu)建好的互補(bǔ)載體pCsld4用BamHI酶切,去除M7基因的編碼區(qū),保留基因的5'啟動(dòng)子區(qū)域和3'調(diào)控區(qū),即構(gòu)建成了互補(bǔ)對(duì)照載體pCsld4T。2)ND1功能互補(bǔ)互補(bǔ)表達(dá)載體pCsld4和互補(bǔ)對(duì)照載體pCsld4T通過(guò)電擊的方法分別轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌"玎o^3cz^r/咖f鵬e/acie/7s)株系EHA105中,利用農(nóng)桿菌的介導(dǎo)法分別將pCsld4和pCsld4T轉(zhuǎn)入矮桿窄葉突變體"W與日本晴雜交群體的自交F3代隱性個(gè)體(具有矮桿窄葉表型的個(gè)體)。轉(zhuǎn)化的具體方法如下將該F3代隱性個(gè)體幼胚脫殼滅菌,接種到誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中,培養(yǎng)3周后,挑選生長(zhǎng)旺盛,顏色淺黃,比較松散的胚性愈傷組織,用作轉(zhuǎn)化的受體;用含有pCsld4和pCsld4T質(zhì)粒的EHA105菌株分別浸染水稻愈傷組織;在黑暗處25X:培養(yǎng)3天后,在含有50mg/L潮霉素的選擇培養(yǎng)基上篩選抗性愈傷組織和轉(zhuǎn)基因植株;將潮霉素抗性植株在陰涼處練苗,7天后移栽到水田,觀察轉(zhuǎn)基因植株的表型恢復(fù)情況。ND1功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,轉(zhuǎn)pCsld4載體的水稻154株中有135株恢復(fù)矮桿窄葉表型為野生型表型,而轉(zhuǎn)pCsld4T載體的水稻138株中沒(méi)有一株恢復(fù)矮桿窄葉表型為野生型表型,說(shuō)明ND1能控制水稻矮桿窄葉性狀。實(shí)施例4、培育矮桿和/或分蘗數(shù)增加的水稻1)M7RNA干擾載體的構(gòu)建提取水稻中秈3037葉片總RNA,以01igo(dt)-18為引物,以所提取的總RNA為模板進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄合成第一鏈cDNA。以此cDNA為模板,用引物primer3(5,-ctgcagcattcacatgagagatcctc-3,下劃線為Pstl識(shí)另lj位點(diǎn))禾口primer4(5,-£lg^gagaagUgagcacgtggccg-3,下劃線為Pstl識(shí)別位點(diǎn)),進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng),反應(yīng)條件如下反應(yīng)體積50W:模板,514(5ng);正向引物primer3和反向引物primer4,終濃度各O.2MM;dNTP,終濃度各200MM;LATaqDNA聚合酶,2.5U;lOXTaqDNA聚合酶緩沖液,用雙蒸水補(bǔ)足至50W體積。反應(yīng)程序如下94°C,變性5分鐘;然后94。C變性30秒,56。C退火30秒,72。C延伸40秒,擴(kuò)增30個(gè)循環(huán);最后在72'C下延伸IO分鐘。擴(kuò)增產(chǎn)物用QIAquick膠回收試劑盒(Qiagen,28706)按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行純化,然后與pGEM-TEASY載體(Promega,A1360)在16'C下連接8小時(shí),構(gòu)建重組載體pGEM-M厶使用2mm電極杯,2500V將重組載體pGEM-M7轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5a,轉(zhuǎn)化物在含氨芐青霉素的LB平板培養(yǎng)基上生長(zhǎng),挑選克隆,提取質(zhì)粒,對(duì)質(zhì)粒進(jìn)行測(cè)序。將測(cè)序正確的pGEM-M^質(zhì)粒用Pstl雙切,回收605bp片段,將該片段正反雙向連接到用Pstl酶切的pC扁BIA23A(以pCAMBIA2300為出發(fā)載體,在其Kpnl和Smal位點(diǎn)插入Actin啟動(dòng)子)載體上,即構(gòu)建成了RNA干擾載體,命名為pRNAi-ndl。2)矮桿和/或分蘗數(shù)增加的水稻的獲得將RNAi-ndl載體和pCAMBIA23A載體(空載體)通過(guò)電擊的方法分別轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌(y^/"5acten'M"膨/acie/3s)株系EHA105中,利用農(nóng)桿菌的介導(dǎo)法分別將RNAi-ndl和空載體轉(zhuǎn)入日本晴,水稻轉(zhuǎn)化的具體方法如實(shí)施例3。將上述獲得的抗性植株在陰涼處練苗,7天后移栽到水田,觀察轉(zhuǎn)基因植株的表型情況。在水稻拔節(jié)期和抽穗后IO天分別統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)RNAi-ndl載體和空載體的水稻的分蘗數(shù)和株高。轉(zhuǎn)RNAi-ndl載體和空載體的水稻的株高和分蘗數(shù)的結(jié)果如表4。表4.轉(zhuǎn)RNAi-ndl載1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,轉(zhuǎn)RNAi-ndl載體的水稻主莖各葉內(nèi)初級(jí)分蘗的發(fā)生時(shí)期與野生型和轉(zhuǎn)空載體的水稻沒(méi)有明顯的差異。與野生型和轉(zhuǎn)空載體的水稻相比,轉(zhuǎn)RNAi-ndl載體的水稻的分蘗數(shù)明顯地增加,在拔節(jié)期,轉(zhuǎn)RNAi-ndl植株的分蘗數(shù)為28土0.33個(gè),而轉(zhuǎn)空載體的水稻的分蘗則為15.23土0.54個(gè);與抽穗后IO天時(shí)的野生型和轉(zhuǎn)空載體的水稻相比,轉(zhuǎn)RNAi-ndl載體的水稻的株高為49.85±0.87明顯低于野生型和轉(zhuǎn)空載體的水稻的株高90.39±0.54。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合表明,利用本實(shí)施例的方法,能夠改變水稻的株高和分蘗數(shù),培育矮桿和/或分蘗數(shù)增加的水稻品種。序列表〈110〉中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所<120>水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因與應(yīng)用<130〉CGGNARW81458<160〉2〈210〉1〈211〉<212〉DNA<213>稻屬水稻65r/zasaWrai/2WcaJ〈400〉1atgtcgcggcggctgtcgttgccggcgggggcgccggtgacggtggcggtgtcgccggtg60cggagcccggggggtgacgcggtggtgaggagggggagcgggctgacgtcccccgtgccg120aggcactcgctcgggtcgtccaccgccacgctgcaggtgtcgccggtgaggcggagcggc180gggagtaggtacctcggcgcgtcgagggatggcggcgccgatg卿gcgccgagttcgtg240cactacaccgtgcacatcccgcccacgcccgaccgggcgacggcgtccgtggcgsgcg鄧300gcggaggccgaggaggtgcaccggccgcagcggagctacatctccgggacgatattcacc360ggggggctcsactgcgccacgcgcggccacgtgctcaacttctccggcgagggcggcgcc420accgccgcctccagggcggcggcgtcggggaacatgtcgtgcaagatgcgcgggtgcgac■atgcccgcgttcctcaacggcggccgcccgccgtgcgactgcgggttcstg3tctgc犯g540gagtgctacgcggsgtgcgccgcgggc肌ctgccccggttgcaaggaggccttctccgcg600ggctccga_caccgacgaatccgactccgtcaccgacgacgacgscgacgaggccgtctcc660tcctccgaggagagggaccagctgccgctgacatccatggcgaggaaattttccgtggtg720cactccatga鄉(xiāng)tccccggcgccgccgccaacggcaacggcaagccggccgagttcgac780cacgcccgctggctcttcgagaccaagggcacctatggctacggcaacgctctctggccc840犯ggacggccacgcccatagcggcgccggcttcgtcgccgccgacgagccccccaacttc900ggtgcccgctgccgccgccccctcaccagaaaaaccagcgtctcccaagccattctcagc960ccctacaggttgttgattgcgattcggctggtggcgctggggttcttcctcgcgtggeigg1020attcggcatccgaatccggaggcggtgtggctgtgggcgatgtcggtggcgtgcgaggtg1080tggttcgccttctcatggctgctcgacagcctccccaagctctgccccgtccaccgcgcc1140gccgacctcgccgtcctcgccgagcggttcgagtcgccgacggcgcgcaaccccaagggc1200cgctccgacctccccgggatcgacgtgttcgtC3CC3gCgccgacccggagaaggagccg1260ccgctggtcaCCgCC肌C3Ccatcctctccatcctcgccgcggactaccccgtcgagaag1320ctcgcttgctacctctccgacgacggcggcgcgctgctgtcgttcgaggcgctcgccgag1380acggccagcttcgcgcgcacgtgggtgccsttctgccgcaagcacggcgtcgagccgcgg1440tgccccgaggcgtatttcggccagaagagggacttcctcaagaac犯ggtgcgcgtcgac1500ttcgtccgcgag叫g(shù)cggaaggtgaagcgcgagtacgacgagttcaaggtgcgggtgaac1560tcgctccccg鄉(xiāng)Cg3tCCggcggcgctccgacgcgtacaacgccggcgaggaactgcgc1620gccaggaggcggcagcaggaggaggccgccgccgcggctgccgccggcaacggcgagctt1680ggsgcggcggcggtcgagaccgccgccgtg朋ggCC3Cgtggatgtcggacggctcgcac1740tggccggggacgtggacgtgccccgcggcggaccacgcccgcggcgaccacgccgggstc18003tCC8ggCg3tgctggcgccgccgacctcggagccggtgatgggaggcgaggcggcggag1860tgcggcgggctgatcg3C3Ccscgggcgtggacgtccgcctcccgatgctggtgt3Cgtg1920tcgcggg卿3gCgCCCgggctacgatcsc肌c肌gaaggccggcgccatgaacgcgctg1980gtgcggacgagcgccatcatgtcgaacgggcccttcatcctcaacctcgactgcgaccac2040tacgtgcacaactcgtcggcgctccgggaggggatgtgcttcatgctcgaccgcggcggc2100gaccgcgtgtgcttcgtccagttcccgcagcggttcgagggcgtcgaccccagcgaccgg2160tacgccaaccacaacctcgtcttcttcgacgtgtccatgcgcgccatggaCgggCttC3g2220ggccccatgtacgtcggcaccggctgcgtcttccgccgcaccgcgctgtacggcttcagc2280ccgccccgcgccaccgagcaccatggctggctcggccgcaggaagatcaagctgttcctc2340agagcatgggcaagaagacgg3C3gggCCg8gg3cgac3ccg卿tgatg2400ctgccgccgatcgaggacgacgacggcggcgccgacsttgaggcctcggctatgctaccg2460aagcggttcggcgggtcggcgacgttcgtggcgtcgatacCCgtggCgg3gtaccagggt2520cggctgctgcaggacacccccgggtgccaccacggccgccctgcgggcgcgctcgctgtg2580ccgcgcgagccgctcgacgcggcgacggtggcggaggccatcggcgtgatctcctgcttc2640ta_cg3ggaga_agacggagtgggggcggcgcatcgggtggatctacggctccgtcaccgag2700gacgtggtcaccggctaccggatgcacaaccgcgggtggcgctccgtctactgcgtgacg2760ccgcggcgcgacgcgttccgcggcacggcgccgatcaacctcaccgaccgcctccaccag2820gtgctccggtgggcgacgggctccgtcgagatcttcttctcccgc肪c肌cgccctcttc2880gcctcgccgcggatgaagctgctgcagcgcgtcgcctacttcaacgccgggatgtacccc2940ttcacctccgtgttcctcctcgcctactgcctcctcccggccgtctccctcttctccggc3000aagctcatcgtgcagcgactcagcgccaccttcctcgccttcctcctcgtcatcaccctc3060accctctgcctcctcgccctgctcgagatc朋gtggtccgggatcacgctccacgagtgg3120tggcgc慰gagca_gttctgggtgatcggcggcaccagcgcgcacccggccgccgtgctg3180cagggcctactcaaggtgatcgccggcgtggacatctccttcacgctgacctccaagccg3240ggg認(rèn)ggcggcggcgatggcggggtcggcggcgaggggsggcgttcgcg3300gagctgtacgaggtgaggtggagctacctgatggtgccgccggtgacgatcatgatggtg3360慰gcggtggcgatcgcggtggcggcggcg3gg3CgCtgtacagcgagttcccgcagtgg3420sgc犯gctgctcggcggcgccttcttcagcttctgggtgctgtgccacctctacccgttc3480gccaagggcctcctcggccgccgcggccgcgtgcccacceitcgtcttcgtctggtcgggc3540ctcatctccatgatcatctccctcctctgggtctacatcaacccgcccgccggcgcccgg3600gagcgcatcggcggcggcggattcagcttc3636〈210>2<211><212〉PRT<213〉稻屬水稻(^/yza^c7caj〈400>2MetSerArgArgLeuSerLeuProAla15ValSerProValArgSerProGlyGly2025SerGlyLeuThrSerProValProArg3540AlaThrLeuGinValSerProValArg5055LeuGlyAlaSerArgAspGlyGlyAla6570HisTyrThrValHislieProProThr85ValAlaSerGluAlaGluAlaGluGlu100105TyrlieSerGlyThrliePheThrGly115120GlyHisValLeuAsnPheSerGlyGlu130135ArgAlaAlaAlaSerGlyAsnMetSer145150MetProAlaPheLeuAsnGlyGlyArg165MetlieCysLysGluCysTyrAlaGlu180185GlyCysLysGluAlaPheSerAlaGly195200SerValThrAspAspAspAspAspGlu210215ArgAspGinLeuProLeuThrSerMet225230HisSerMetLysValProGlyAlaAla245AlaGluPheAspHisAlaArgTrpLeu260265GlyAlaProValThrValAla1015AspAlaValValArgArgGly30HisSerLeuGlySerSerThr45ArgSerGlyGlySerArgTyr60AspGluSerAlaGluPheVal7580ProAspArgAlaThrAlaSer9095ValHisArgProGinArgSer110GlyLeuAsnCysAlaThrArg125GlyGlyAlaThrAlaAlaSer140CysLysMetArgGlyCysAsp155160ProProCysAspCysGlyPhe170175CysAlaAlaGlyAsnCysPro190SerAspThrAspGluSerAsp205AlaValSerSerSerGluGlu220AlsArgLysPheSerValVal235240AlaAsnGlyAsnGlyLysPro250255PheGluThrLysGlyThrTyr270GlyTyrAlaGly290ArgArg305ProTyrLeuAlaAlaMetAspSer370ValLeu385ArgSerGluLysAlaAlaGlyGly450AlaArg艦CysProValArgAspGluArgSer530GinGin545GlyAlaGly275PheProArgTrpSer355LeuAlaAspGluAsp435AlaThrGluValPhe515AspGluAlaAspGlySerAsnValLeuLeuArg340ValProGluLeuPro420TyrLeuTrpAlaAsp500LysAlaGluAlaHisAlaAlaThrLeu325lieAlaLysArgPro405ProProLeuValTyr485PheValTyrAlaVal565TrpLeuAlaArg310lieArgCysLeuPhe390GlyLeuValSerPro470PheValArgAsnAla550GluProTrpAsp295LysAlaHisGluCys375GlulieValGluPhe455PheGlyArgValAla535AlaThrGlyPro280GluThrlieProVal360ProSerAspThr匕ys440GluCysGinGluAsn520GlyAlaAlaThrLysProSerArgAsn345TrpValProValAla425LeuAlaArgLysArg505SerGluAlaAlaTrpAspProValLeu330ProPheHisThrPhe410AsnAlaLeuLysArg490ArgLeuGluAlaVal570ThrGlyAsnSer315ValGluAlaArgAla395ValThrCysAlaHis475AspLysProLeuAla555LysCysHisPhe300GinAlaAlaPheAla380ArgThrlieTyrGlu460GlyPheValGluArg540GlyAlaProAla285GlyAlaLeuValSer365AlaAsnSerLeuLeu445ThrValLeuLysAla525AlaAsnThrAlaHisAlalieGlyTrp350TrpAspProAlaSer430SerAlaGluLysArg510lieArgGlyTrpAlaSerGlyArgCysLeuSer320PhePhe335LeuTrpLeuLeuLeuAlaLysGly400AspPro415lieLeuAspAspSerPheProArg480AsnLys495GluTyrArgArgArgArgGluLeu560MetSer575AlaArgThrSer610lieAsp625SerArgMetAsnlieLeuArgGlu690PheVal705TyrAlaAspGlyArgThrGlyTrp770SerMet785LeuProAlaMetlieProCysHis850LeuAsp865TyrGluGly595GluThrGluAlaAsn675GlyGinAsnLeuAla755LeuGlyProLeuVal835HisAlaGlu580AspProThrLysLeu660LeuMetPheHisGin740LeuGlyLysliePro820AlaGlyAlaLysHisValGlyArg645ValAspCysProAsn725GlyTyrArgLysGlu805LysGluArgThrThr885AlaMetVal630ProArgCysPheGin710LeuProGlyArgThr790AspArgTyrProVal870GluGlyGly615AspGlyThrAspMet695ArgValMetPheLys775AspAspPheGinAla855AlaTrplie600GlyValTyrSerHis680LeuPhePheTyrSer760lieArgAspGlyGly840GlyGluGly585lieGluArgAspAla665TyrAspGluPheVal745ProLysAlaGlyGly825ArgAlaAlaArgGinAlaLeuHis650lieValArgGlyAsp730GlyProLeuGluGly810SerLeuLeulieArg890AlaAlaPro635AsnMetHisGlyVal715ValThrArgPheMetGlu620MetLysSerAsnGly700AspSerGlyAlaLeu780AspAsp795AlaAspAlaThrLeuGinAlaVal860GlyVal875lieGlyLeu605CysLeuLysAsnSer685AspProMetCysThr765Thr590AlaGlyValAlaGly670SerArgSerArgVal750GluLysProProGlyLeuTyrVal640GlyAla655ProPheAlaLeuValCysAspArg720AlaMet735PheArgHisHisLysLysThrGluMetMet800lieGluAlaSer815PheValAlaSer830AspThrProGly845ProArgGluProlieTrpSerlieCysPhe880TyrGly895SerValThrGluAspValValThr■TrpArgSerValTyrCysValThr915920ThrAlaProlieAsnLeuThrAsp930935AlaThrGlySerValGluliePhe945950AlaSerProArgMetLysLeuLeu965GlyMetTyrProPheThrSerVal980ProAlaValSerLeuPheSerGlyjAlaThr1010LeuLeu1025GluTrp1040AlaHis1055GlyVal1070GlyGly1085PheAla1100ProVal1115AlaAla1130LeuGly1145ProPhe1160lieVal1175LeuTrpGlyTyrArgMetHisAsnArgGly905910ProArgArgAspAlaPheArgGly925ArgLeuHisGinValLeuArgTrp940PheSerArgAsnAsnAlaLeuPhe955960GinArgValAlaTyrPheAsnAla970975PheLeuLeuAlaTyrCysLeuLeu985990LysLeulieValGinArgLeuSerCysHisSerAlaGlyAlaProAlaLeuTyrThrLeulie995PheAlaTrpProAspAspGluThrArgGlyAlaPheValLeuLeuArgAlalieGlyLeulieThrAlaLysValTyrAlaLeuAsnAlaSerGlyTyrMetLeuPheGlyTrpliePheGluGluValPheValGluMetTyrPheLeuSerAsnLeu1015lie1030Gin1045Leu1060Thr1075Gly1090Val1105Val1120Ser1135Ser1150Leu1165Gly1180Pro1000LeuLysPheGinLeuGlyArgAsnGluPheGlyLeuProValTrpTrpGlyThrGluTrpAlaPheTrpArglieAlalieSerValLeuSerGlySerValProValArgSerGlyThrGlylieLeuLysAsnTyrAlaGinLeuGlyMetAla1005LeuThr1020lie1035Gly1050Lys1065Pro1080Asp1095Leu1110lie1125Trp1140Cys1155Arg1170lie1185ArgThrGlyValGlyAspMetAlaSerHisVallieGluLeuLeuThrlieAsnGluValValLysLeuProSerArg11901195GlyGlyGlyGlyPheSerPhePro12051210120019權(quán)利要求1、一種蛋白,是如下a)或b)的蛋白a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì);b)在序列表中序列2所示的氨基酸序列中經(jīng)過(guò)取代和/或缺失和/或添加一個(gè)或幾個(gè)氨基酸且與水稻株高相關(guān)的由a)衍生的蛋白質(zhì)。2、權(quán)利要求l所述蛋白的編碼基因。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基因,其特征在于所述編碼基因是如下l)或2)或3)的基因1)其核苷酸序列是序列表中序列i所示的DNA分子;2)在嚴(yán)格條件下可與序列表中序列1限定的DNA序列雜交且編碼上述與株高相關(guān)蛋白的DNA分子;3)與l)的基因具有90%以上的同源性,且編碼上述與株高相關(guān)蛋白的DNA分子。4、含有權(quán)利要求2或3所述基因的重組表達(dá)載體。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的重組表達(dá)載體,其特征在于所述重組表達(dá)載體為在出發(fā)載體pCAMBIA1300的多克隆位點(diǎn)插入權(quán)利要求2或3所述基因,獲得的重組表達(dá)載體。6、擴(kuò)增權(quán)利要求2或3所述基因全長(zhǎng)或任一片段的引物對(duì)。7、含有權(quán)利要求2或3所述基因的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌。8、權(quán)利要求l所述蛋白的編碼基因在改變水稻株高中的應(yīng)用。9、一種改變水稻株高和/或分蘗數(shù)的方法,是將權(quán)利要求2或3戶;M的基因?qū)肽康乃窘M織或細(xì)胞中,得到株高和/或分蘗數(shù)改變的轉(zhuǎn)基因水稻。10、一種培育矮桿和/或分蘗數(shù)增加的水稻的方法,是沉默目的水稻中所含有的權(quán)利要求2或3所述的基因,得到株高降低和/或分蘗數(shù)增加的轉(zhuǎn)基因水稻。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因與應(yīng)用。該蛋白是如下a)或b)的蛋白a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì);b)在序列表中序列2所示的氨基酸序列中經(jīng)過(guò)取代和/或缺失和/或添加一個(gè)或幾個(gè)氨基酸且與水稻株高相關(guān)的由a)衍生的蛋白質(zhì)。該蛋白的編碼基因具體可是如下1)或2)或3)的基因1)其核苷酸序列是序列表中序列1所示的DNA分子;2)在嚴(yán)格條件下可與序列表中序列1限定的DNA序列雜交且編碼上述與株高相關(guān)蛋白的DNA分子;3)與1)的基因具有90%以上的同源性,且編碼上述與株高相關(guān)蛋白的DNA分子。本發(fā)明的水稻株高相關(guān)蛋白及其編碼基因,在分子育種工作中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。文檔編號(hào)C07K14/415GK101619094SQ20081011589公開(kāi)日2010年1月6日申請(qǐng)日期2008年6月30日優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日發(fā)明者丁唐,崔家駿,明李,程祝寬申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所