蒺藜苜蓿葉片發(fā)育調(diào)節(jié)基因stf、編碼蛋白及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種葉片發(fā)育調(diào)芐基因，特別涉及一種蒺藜苜蓿葉片發(fā)育調(diào)控基因 STF及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人口的快速增長，耕地面積逐漸減少，全球性的糧食安全問題日益嚴(yán)重。水稻 是重要的糧食作物，為世界上一半以上的人口提供糧食和營養(yǎng)來源。提高水稻產(chǎn)量被認(rèn)為 是緩解糧食危機(jī)最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。水稻株型的改良對于提高水稻的產(chǎn)量具有重要的作 用。自1968年澳大利亞的Donald提出了作物理想株型的概念以來，國內(nèi)外的水稻育種學(xué)家 圍繞理想株型這一主題開展了系統(tǒng)的研究工作。理想株型是當(dāng)前國內(nèi)外超級稻研究中的一 個(gè)核心領(lǐng)域，即通過改變水稻在葉片、莖桿、分蘗和穗粒等性狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終達(dá)到促進(jìn) 水稻產(chǎn)量的大幅度提高。然而水稻的株型受到多種遺傳因素的調(diào)控，同時(shí)受外界環(huán)境的影 響。目前對水稻理想株型和產(chǎn)量形成的分子調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識還非常有限。
[0003] 葉片和莖桿是決定水稻株型的兩大重要性狀。葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要場 所，水稻籽粒灌漿的物質(zhì)積累主要來自于開花后上部葉片的光合作用，所以葉片的質(zhì)量是 研究水稻理想株型的重點(diǎn)。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明葉片的有效面積和厚度與光合速率呈正相 關(guān)，同時(shí)較厚的葉片可以提高葉片的直立性，有利于水稻的密植，而葉片的直立性一直是高 產(chǎn)水稻品種的重要選擇指標(biāo)之一。倒伏是限制水稻高產(chǎn)的重要因素，水稻植株的抗倒性主 要由莖桿性狀所決定。20世紀(jì)50-60年代提出的矮化育種通過降低株高使水稻的抗倒性、密 植性和耐肥性得到提高，從而提高產(chǎn)量。隨著理論研究深入和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展，對水稻莖桿 的選育有了新的認(rèn)識。目前認(rèn)為株高與生物質(zhì)產(chǎn)量呈正相關(guān)。而生物質(zhì)產(chǎn)量增加又是穗粒 數(shù)和千粒重增加的物質(zhì)基礎(chǔ)。適當(dāng)增加水稻株高，可以降低葉面積密度，有利于二氧化碳的 擴(kuò)散并提高整體植株的受光，進(jìn)而促進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)量增加。水稻的抗倒伏能力與莖桿的長度 呈負(fù)相關(guān)，而與莖桿的粗度和厚度呈正相關(guān)。提高水稻莖桿的粗度和厚度為改善高桿品種 的抗倒伏性提供了新的方向。莖桿的粗細(xì)不但直接影響到水稻的抗倒伏能力，還決定著穗 子的大小。因此，莖桿粗壯也是現(xiàn)代水稻株型育種的重要指標(biāo)。
[0004] 發(fā)明人前期從漠藜苜蓿(Medicago truncatula)中克隆了一個(gè)葉片發(fā)育的關(guān)鍵調(diào) 控基因 STEN0F0LIA(STF)，STF基因的功能缺失引起葉片的側(cè)向伸展受到抑制，導(dǎo)致窄葉的 表型，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)stf突變體體內(nèi)生長素、細(xì)胞分裂素等植物激素的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)生了改 變。STF基因編碼一個(gè)雙子葉植物特有的W0X家族轉(zhuǎn)錄因子。研究發(fā)現(xiàn)在玉米Ubiquitin啟動(dòng) 子驅(qū)動(dòng)下，在水稻日本晴中異位表達(dá)蒺藜苜蓿STF基因會(huì)導(dǎo)致水稻葉片變寬加厚和莖桿粗 壯，并且葉片與莖桿變寬變粗的表型與STF表達(dá)量的高低呈現(xiàn)一定的劑量依賴性。此外，發(fā) 明人發(fā)現(xiàn)過表達(dá)STF水稻材料的光合效率顯著提高，同時(shí)水稻植株的抗倒伏能力明顯增強(qiáng)， 因此，本發(fā)明可用于解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上水稻等單子葉作物光合效率低、莖桿軟弱，易倒伏等問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種蒺藜苜蓿葉片發(fā)育調(diào)芐基因 STF及其在改良水稻等單子葉作物株 型，提高水稻的光合效率和抗倒伏能力方面的應(yīng)用。
[0006] 一種蒺藜苜蓿葉片發(fā)育調(diào)節(jié)蛋白STF，如序列表SEQ ID NO. 1所示；
[0007] 上述蛋白的編碼基因，如序列表SEQ ID NO.2所示；
[0008] 上述蛋白的編碼基因，為如下中至少一種：
[0009] 1)SEQ ID從).2所示的0嫩分子；
[0010] 2)在嚴(yán)格條件下與1)限定的DNA分子雜交且編碼權(quán)利要求1所述蛋白質(zhì)的DNA分 子；
[0011] 3)與1)或2)限定的DNA分子具有90%以上的同一性且編碼權(quán)利要求1所述蛋白質(zhì) 的DNA分子。
[0012] 上述編碼基因的重組載體，轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或者重組菌。
[0013] 一種過表達(dá)載體，該載體是將SEQ ID N0.2所述的序列通過BP反應(yīng)連接到到含有 Gateway接頭的pD0NR207中間載體上，再通過LR反應(yīng)將STF-pD0NR207重組至改造過的過表 達(dá)載體pMDC32-pUbi ;所述重組至改造過的過表達(dá)載體pMDC32-pUbi是將pMDC32載體上35S 啟動(dòng)子通過酶切方法換成玉米Ubiquitin啟動(dòng)子。
[0014] -種改變植物葉片，莖桿性狀的方法，包括如下步驟:使植物中表達(dá)上述的蛋白。 [0015]所述表達(dá)上述蛋白的方法為:將上述的表達(dá)載體導(dǎo)入農(nóng)桿菌菌株AGL1中，侵染植 物，獲得轉(zhuǎn)基因植物。
[0016] 上述的轉(zhuǎn)基因植物為水稻。
[0017] 上述的蛋白在提高植物光合作用效率和抗倒伏方面的應(yīng)用，所述植物為水稻等單 子葉植物。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明從雙子葉植物蒺藜苜蓿中克 隆到了調(diào)控植物葉片發(fā)育的基因 STF。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)雙子葉植物葉片發(fā)育控制基因 STF具有改 良水稻等單子葉作物葉片和莖桿兩個(gè)重要農(nóng)藝性狀，顯著提高水稻的光合效率和抗倒伏能 力，可用于解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上單子葉作物光合效率低、莖桿軟弱，易倒伏等問題。
【附圖說明】
[0019] 圖1 :STF過表達(dá)水稻材料的分子檢測。
[0020]圖2: STF過表達(dá)水稻材料的表型分析。
[0021 ] 其中A-D為孕穗期不同表達(dá)量的STF過表達(dá)植株;E-Η為STF過表達(dá)植株對應(yīng)的穗子 及旗葉表型。
[0022]圖3: STF過表達(dá)水稻植株的光合效率分析。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0024] 實(shí)施例1 STF基因的分離克隆
[0025] 蒺藜苜蓿STF的CDS序列在基因組上的位置為Medtr8gl07210,設(shè)計(jì)PCR擴(kuò)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長時(shí)期的各個(gè)組織部位，TRizol法提取這些材料的總RNA(參考 invitrogen trizol)，參考invitrogen ssRT-ΙΠ 將mRNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，以漠藜苜蓿cDNA為 模板，進(jìn)行PCR獲得STF全序列