利用BGIos1025基因促進植物根的生長的製作方法
2024-04-01 07:21:05
專利名稱：利用BGIos1025基因促進植物根的生長的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於促進植物根的生長的方法。特別地，本發明利用BGIOS1025基因促進植物根的生長。
背景技術：
水稻是我國重要的經濟作物，其栽種面積為4. 5億畝左右。世界上約有60%的人口以稻米作為日常主食。通過水稻的分子育種來提高產量，給全球的糧食生產帶來了巨大收益。矮稈基因的利用和多分櫱水稻的育成，使我國的水稻產量取得了巨大飛躍。但在相當長的一段時間裡，我國的水稻單產出現了徘徊不前的局面。由此，許多育種工作者從育種理論和方法上提出了新的思路和設想，希望使水稻單產取得新的突破。在水稻的高產育種理論上，國際水稻研究所於20世紀90年代初就提出了基於新株型的超級稻理論，然而，到目前為止，在水稻的育種科研與實踐中對水稻地下部分的形態和生理性狀的改良卻未能在水稻的分子育種中得以具體體現。目前我國水稻的水肥利用率低，這不僅造成大量人力、物力和財力的浪費，而且大量的化學肥料和農藥通過地表徑流以及土壤滲透排入江河湖泊和地下水中，對地表和地下水造成嚴重汙染。這已經成為環境汙染的一個重要方面。另一方面，全世界近一半的水稻種植面積處在缺水的狀態下，嚴重影響了水稻產量的提高。我國很多地區由於相對缺乏灌溉用水，致使水稻生產難以發展，這在一定程度上影響了耕地資源的充分利用。因此，提高水稻本身的水肥利用率，發展節水型水稻，是新時期可持續農業發展的又一基本要求。而對於提高水稻品種本身的肥料利用率來說，根系的相關形態和生理性狀的改良至關重要。隨著環保和農業的進一步發展，在經濟發達的地區，解決水稻易發生根倒伏，提高水肥利用率已成為提高水稻產量和發展的一個關鍵問題。從根系角度研究水稻抗根倒伏的生物學、力學機制及其遺傳基礎，對於從栽培和育種角度減輕水稻根倒伏的危害，具有巨大的現實和長遠意義。水稻根系既是吸收養分和水分的重要器官，也是一些物質合成和運輸的器官，它的形態發育對水稻產量和品質的影響很早就引起人們的注意。育種學家主要關注於環境對根系生長發育的影響(孫傳清等，中國農業科學.1995，觀(1) :42-48)以及根系與產量等因素之間的相互關係(凌啟鴻等，中國農業科學.1984，(4) :3-11)，然而，關於根系的分子育種研究卻很少報導。與根系性狀表達相關的分子標記的開發表明，控制水稻根系發育的是數量性狀(Yadav 等人，Theor Appl Genet. 1997,94 :619-632 ；徐吉臣等，遺傳學報· 2002， 29(3) :245-249)，但這並未引起足夠的重視。石慶華等(中國農業科學.1997，30 (4) 61-67)研究了根系發育與地上部分的相關關係，並指出，在栽培上培育有利於塑造理想株型的根型是水稻高產栽培的新要求，深根系更有利於高產。但是，育種工作者至今未能就什麼是理想的水稻根型提出具體明確的指標。目前，如何從思路和技術上提出一種嶄新的方法來定位水稻根系發育的基因已成為水稻育種的關鍵。相關研究表明，檢測自然選擇信號可能是一條嶄新的、高通量的鑑定有用基因的道路。由於人工選擇的時間短，遺傳重組事件少，受選擇的基因與其鄰近區域會緊密連鎖，因此，如果觀察到一個基因組區域的多態性分布很特別，具有統計學顯著性，那麼該區域含有的基因和突變位點即有可能與選擇的性狀相關。研究表明，水稻全基因組大約6%的區域為SNP高變區，這些區域可能富集了與亞種分化和重要複雜農藝性狀相關的基因(Tang 等人，PLoS Genet. 2006，2 :el99)。Gao L Z 等(BMC Evolutionary Biology. 2008,8 :11)通過對栽培稻和普通野生稻進行對比分析，建立了理論群體遺傳學數學模型，檢測了 60個微衛星位點所受的人工選擇，發現了一些留有顯著選擇痕跡的位點以及其近鄰的可能的功能基因。但這些研究離從全基因組水平全面分析人工選擇的基因依然遙遠，這主要是因為數據量遠遠不夠，模型和方法也有待提高。迄今為止識別出的水稻性狀基因如 qSHl、Rc、sh4、hdl (Kovach 等人，Trends in Genetic s. 2007，23 (11) :578-587)， 以及 PR0Gl(Jin 等人，Nature Genetics. 2008,40(11) 1365-1369)和 GIFl (Wang 等人， NatureGenetics. 2008,40(11) :1370-1374)仍然是通過傳統的圖位克隆手段獲得的。新一代測序技術(如Solexa、Solid測序儀)的出現，為廉價高效地獲得水稻根系發育基因和基因家族提供了前所未有的機會。利用野生稻與栽培稻的基因組重測序數據和技術，能夠比較各栽培種及野生種的基因組結構的異同，這使運用進化基因組學的理論和方法來獲得根系發育相關的基因或基因組功能元件成為可能。長期以來，對水稻根系發育形態、生理性狀的遺傳改良一直未能在水稻的分子育種中得以體現。雖然雜交水稻的根系比常規品種在形態和生理上佔有優勢，使育種家看到了根系改良的重要性和實際效果，但是迄今為止未能提出一套具體的改良指標。因此，需要進一步研究和開發水稻根系發育相關基因，以進一步提高根系對營養的吸收和對水肥的利用率，減少農藥的施用，增加地上部分的分櫱和收穫等。隨著水稻分子育種理論與技術的不斷成熟和完善，以及遺傳轉化體系的建立和優化，利用新型測序技術結合基因組學方法來鑑定受人工選擇的基因資源，使得利用基因組重測序技術發掘根系發育相關基因和遺傳轉化成為可能。水稻地下部分發育的改良將進一步提高水稻的產量、品質和抗性等。水稻根系發育相關基因的開發和遺傳轉化對於提高水稻地上部分的產量、降低農業投入、緩解環境汙染、實現農業可持續發展具有重要的意義， 其有利於增強我國農業在國際上的競爭力。
發明內容
本發明通過實驗證實，基因BGIosl025(其序列可以是SEQ ID NO 7)具有促進植物根系生長的功能。因此，在一個方面，本發明提供了含有基因BGIOS1025的載體。在一個實施方案中，所述載體優選是表達載體，更優選是在植物中高效表達基因BGIosl025的載體，例如包含基因BGIosl025的重組載體p6，如本發明的重組載體p6+BGIosl025。在另一個方面，本發明提供了含有基因BGIosl025或根據本發明的載體的宿主細胞。在一個實施方案中，所述宿主細胞優選是根癌農桿菌，例如根癌農桿菌 EHA105-p6+BGIosl025。在另一個方面，本發明提供了基因BGIosl025和/或根據本發明的載體和/或宿主細胞用於促進植物根系生長或用於製備轉基因植物或用於植物育種的用途。在一個實施方案中，所述轉基因植物與未進行轉基因的植物相比，展示更優良的植物根系生長。
在另一個方面，本發明提供了促進植物根系生長的方法，其包括將基因BGIosl025 和/或根據本發明的載體轉化入植物，或用根據本發明的宿主細胞感染植物。在一個實施方案中，通過本領域公知的方法，例如根癌農桿菌轉化法來將基因 BGIosl025或根據本發明的載體轉化入植物。在一個實施方案中，基因BGIosl025可操作地連接至在植物中有效的表達調控元件，例如啟動子和/或終止子，優選玉米泛素啟動子和/或NOS終止子。在另一個方面，本發明提供了產生轉基因植物的方法，所述方法包括以下步驟1)將基因BGIosl025和/或根據本發明的載體轉化入植物愈傷組織，或用根據本發明的宿主細胞感染植物愈傷組織；2)從所述愈傷組織再生轉基因植物。在一個實施方案中，通過上述方法產生的轉基因植物與未進行轉基因的植物相比，展示更優良的植物根系生長，例如轉基因植物的根系淺層分布更密集。在一個實施方案中，通過本領域公知的方法，例如根癌農桿菌轉化法來將基因 BGIosl025和/或根據本發明的載體轉化入植物愈傷組織。在一個實施方案中，基因BGIosl025可操作地連接至在植物中有效的表達調控元件，例如啟動子和/或終止子，優選玉米泛素啟動子和/或NOS終止子。在另一個方面，本發明提供了通過上述方法產生的轉基因植物。在另一個方面，本發明提供了含有基因BGIosl025或本發明的載體或被本發明的宿主細胞感染的植物愈傷組織。在另一個方面，本發明提供了上文所述的植物愈傷組織用於製備轉基因植物或用於植物育種的用途。在另一個方面，本發明提供了一種轉基因植物，其被導入了基因BGIosl025和/或根據本發明的載體和/或根據本發明的宿主細胞。在一個實施方案中，所述轉基因植物，與未導入基因BGIosl025或根據本發明的載體或根據本發明的宿主細胞的對照植物相比，展示更優良的植物根系生長，例如轉基因植物的根系淺層分布更密集。在一個實施方案中，基因BGIosl025可操作地連接至在植物中有效的表達調控元件，所述表達調控元件例如啟動子和/或終止子，優選玉米泛素啟動子和/或NOS終止子。在本發明中，重組載體p6是指，包含玉米泛素啟動子和NOS終止子的 pCAMB IA-1301 載體。在本發明中，植物優選是單子葉植物，更優選為水稻、穀子(Setariaitalica)、小麥、高粱、玉米，特別優選為水稻，例如日本晴。發明的有益效果本發明通過實驗證實，基因BGIosl025具有促進植物根系生長的功能。從而，與現有技術相比，本發明的技術方案將進一步提高根系對營養的吸收和對水肥的利用率，減少農藥的施用，增加地上部分的分櫱和收穫，進一步提高水稻的產量、品質和抗性。這對於降低農業投入、緩解環境汙染、實現農業可持續發展和增強我國農業在國際上的競爭力具有重要的意義。關於牛物材料保藏的說明
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本發明涉及以下生物材料1.普通野生稻元江種子，其於2010年9月6日保藏於湖北省武漢市武昌珞珈山武漢大學保藏中心，即中國典型培養物保藏中心(CCTCC)，保藏編號為CCTCC P201011 ；2.根癌農桿菌(Agrobacterium tumefaciens) EHA105，其於 2009 年 12 月 24 日保藏於湖北省武漢市武昌珞珈山武漢大學保藏中心，即中國典型培養物保藏中心(CCTCC)，保藏編號為 CCTCC M 209315 ；3.水稻日本晴種子，其於2009年12月18日保藏於湖北省武漢市武昌珞珈山武漢大學保藏中心，即中國典型培養物保藏中心(CCTCC)，保藏編號為CCTCC P200910。下面將結合附圖和實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將理解，下列附圖和實施例僅用於說明本發明，而不是對本發明的範圍的限定。根據附圖和優選實施方案的下列詳細描述，本發明的各種目的和有利方面對於本領域技術人員來說將變得顯然。附圖概述
圖1是顯示愈傷組織⑶S染色的檢測結果的照片。左邊的愈傷組織為未轉化 BGIosl025基因的對照愈傷組織，右邊的愈傷組織為轉化了 BGIosl025基因的轉基因愈傷組織。圖2是顯示水稻苗的根系性狀觀察結果的照片。其中，左邊試管為未轉化 BGIosl025基因的對照水稻苗，右邊試管為轉化了 BGIosl025基因的轉基因水稻苗。
具體實施例方式實施例1 :BGIosl025基因的PCR擴增和pMD18_T+BGIosl025重組載體的構建1.PCR 擴增使用植物基因組DNA提取試劑盒(TIANGEN新型植物基因組DNA提取試劑盒，目錄號DP320-02)提取普通野生稻元江(Oryza.rifupongonYuanjiang)(其由中國科學院昆明動物研究所董楊提供)的基因組DNA(gDNA)。根據BGIosl025基因的鹼基序列，設計一對PCR特異性擴增引物上遊引物Fl (SEQ ID NO=D包含限制性酶切位點BamHI，下遊引物 R1(SEQID NO 2)包含限制性酶切位點^(bal。以上述提取的元江gDNA為模板，利用上遊引物F1、下遊引物Rl和高保真Ex Taq (TaKaRa,DRR100B)聚合酶進行PCR擴增。PCR擴增體系如表1所示。表1 :BGIosl025基因的PCR擴增體系
權利要求
1.含有基因BGIosl025的載體，所述載體優選是表達載體，更優選是在植物中高效表達基因BGIosl025的載體，例如包含基因BGIosl025的重組載體p6。
2.含有基因BGIosl025或權利要求1的載體的宿主細胞，所述宿主細胞優選是根癌農桿菌，例如根癌農桿菌EHA105-p6+BGIosl025。
3.基因BGIosl025和/或權利要求1的載體和/或權利要求2的宿主細胞用於促進植物根系生長或用於製備轉基因植物或用於植物育種的用途。
4.權利要求3的用途，其中，所述植物優選是單子葉植物，更優選是水稻、穀子、小麥、高粱、玉米，特別優選是水稻； 優選，所述轉基因植物與未進行轉基因的植物相比，展示更優良的植物根系生長。
5.一種促進植物根系生長的方法，所述方法包括將基因BGIosl025和/或權利要求1 的載體轉化入植物，或用權利要求2的宿主細胞感染植物，其中，優選，通過根癌農桿菌轉化法來將所述基因和/或所述載體轉化入植物； 優選，所述基因可操作地連接至在植物中有效的表達調控元件，所述表達調控元件例如啟動子和/或終止子，優選玉米泛素啟動子和/或NOS終止子；所述植物優選是單子葉植物，更優選是水稻、穀子、小麥、高粱、玉米，特別優選是水稻。
6.一種產生轉基因植物的方法，所述方法包括以下步驟1)將基因BGIosl025和/或權利要求1的載體轉化入植物愈傷組織，或用權利要求2 的宿主細胞感染植物愈傷組織；2)從所述愈傷組織再生轉基因植物；其中，所述植物優選是單子葉植物，更優選為水稻、穀子、小麥、高粱、玉米，特別優選為水稻；優選，通過根癌農桿菌轉化法來將所述基因和/或所述載體轉化入植物愈傷組織； 優選，所述基因可操作地連接至在植物中有效的表達調控元件，所述表達調控元件例如啟動子和/或終止子，優選玉米泛素啟動子和/或NOS終止子；優選，所產生的轉基因植物與未進行轉基因的植物相比，展示更優良的植物根系生長。
7.通過權利要求6的方法產生的轉基因植物，所述植物優選是單子葉植物，更優選為水稻、穀子、小麥、高粱、玉米，特別優選為水稻。
8.含有基因BGIosl025或權利要求1的載體或被權利要求2的宿主細胞感染的植物愈傷組織，其中，所述植物優選是單子葉植物，更優選是水稻、穀子、小麥、高粱、玉米，特別優選是水稻。
9.權利要求8的植物愈傷組織用於製備轉基因植物或用於植物育種的用途。
10.一種轉基因植物，其被導入了基因BGIosl025和/或權利要求1的載體和/或權利要求2的宿主細胞，其中，所述植物優選是單子葉植物，更優選為水稻、穀子、小麥、高粱、玉米，特別優選為水稻；優選，所述基因可操作地連接至在植物中有效的表達調控元件，所述表達調控元件例如啟動子和/或終止子，優選玉米泛素啟動子和/或NOS終止子；優選，所述轉基因植物與未導入基因BGIosl025或權利要求1的載體或權利要求2的宿主細胞的植物相比，展示更優良的植物根系生長。
全文摘要
本發明涉及利用BGIos1025基因促進植物根的生長，提供了利用BGIos1025基因促進植物根的生長的方法和用途。本發明還提供了具有導入的BGIos1025基因的轉基因植物，以及產生此類轉基因植物的方法。
文檔編號C12N15/82GK102465143SQ20101053931
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者倪雪梅, 張印新, 張耕耘, 李寧 申請人:深圳華大基因科技有限公司