CN103421121B - 水稻转录因子Os02g07780基因的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水稻转录因子Os02g07780基因的应用，其是利用转录因子抑制基序EAR与水稻转录因子Os02g07780融合构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基因转化到农作物如水稻中，从而改良水稻籽粒性状，例如增加水稻籽粒的宽度。对于详细阐明调控种子发育机理具有重要的理论价值，并且可以通过转基因手段，改良水稻的粒型，因此在生产实践中也具有重要意义。

Description

水稻转录因子Os02g07780基因的应用

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地说，涉及水稻转录因子Os02g07780基因的应用。

背景技术

水稻（Oryza sativa L.）是我国和全世界最重要的三大粮食作物之一，是世界一半以上人口的主食，也是一个重要的功能基因研究的模式植物。与其相关的遗传学和分子生物学研究一直倍受研究者的重视，转录水平的调控是基因表达调控的重要方式。当前水稻增产的研究较依赖于有限的水稻种质资源，传统的杂交育种优势正在逐渐减弱，而水稻转基因技术有可能发掘水稻进一步增产的潜力。

在植物界中，能形成种子的植物约占植物总数的三分之二以上，作为重要的繁殖器官，种子同时也为人们提供食物来源，水稻就是其中的重要代表，种子来源于受精后的胚珠。从分子生物学的角度来说，种子的发育和萌发是一个有次序的、选择性的基因表达过程。而转录因子在基因表达的精确调控中起到了关键性的作用。

水稻转录因子Os02g07780是SBP家族的一员，SBP是植物所特有的一类转录因子。SBP家族成员在结构上有共同的特点：每个成员都含有由76个左右氨基酸组成的非常保守的DNA结合域（即SBP结合域）。含有SBP结合域的转录因子在植物中广泛存在，并且参与植物生长、发育的多个方面以及多种生理生化反应的信号传导，比如花器官的形成等。目前在拟南芥中该家族已发现有16个成员。近年来已从几种植物中发现并分离出来，如：拟南芥，玉米，大豆，水稻等。SBP是较晚发现的转录因子家族，对其功能的研究一直不尽完善。首先从与金鱼草中分离出的SBP蛋白SPL1、SPL2在体外能识别金鱼草的SQUAMOSA（SQUA）的启动子和拟南芥的APETALA1(AP1)的启动子，据此推测拟南芥SQUAMOSA的同源体AP1在体外可被SPL3蛋白识别（Unte,U S,Sorensen A M.,Pesaresi P et al.（2003）SPL8an SBP-boxgene that affects pollen sac development in Arabidopsis[J]），结果发现SPL3在进行基因改造的拟南芥中的过量表达可以引起开花提前。王翊等（王翊，胡宗利等，（2011）水稻SBP基因家族的生物信息学分析，生物信息学）确定了20水稻基因组上编码的SBP基因。通过分类，染色体定位，保守区确定，亲缘关系，以及水稻SBP家族中的重复基因及该家族成员形成蛋白二聚体的可能性进行分析，其次，利用了Affymetrix水稻基因组芯片数据，对所有这些基因的表达谱进行了分析。结果表明，水稻SBP基因在花和种子的发育过程中可能发挥重要作用，而其对环境胁迫却不敏感。因此对转录因子的研究，在理论上为进一步理解植物种子和器官发育调控的分子机理提供了新的线索，在实践上也将为作物高产育种提供理论基础。

发明内容

本发明的目的是提供水稻转录因子Os02g07780基因的应用。

为了实现本发明目的，本发明首先提供一种组成型水稻转录因子，即融合蛋白EAR-Linker-Os02g07780。

其中，EAR为来自植物转录因子的一段具有转录抑制功能的蛋白基序，其氨基酸序列如Seq ID No.2所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。

Linker由1～39个柔性氨基酸串联而成（例如，GGGGG、GPPPG或Gatway载体重组位点编码的氨基酸序列DPAFLYKVVPR或INYPYDVPDYAGSYPYDVPDYAAQCSGTELTSLYKKAGF等）。

上述融合蛋白中涉及的Os02g07780为水稻转录因子Os02g07780，其氨基酸序列如SEQ ID No.1所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列，其CDS序列如Seq ID No.3所示。

本发明还提供编码所述组成型水稻转录因子的基因，以及在严格条件下，可与该基因的核苷酸序列杂交的核苷酸序列。

本发明还提供含有编码所述组成型水稻转录因子的基因的载体。所述载体为任一种可引导外源基因在宿主中表达的载体。优选地，所述载体为植物双元表达载体（例如，pCAMBIA1301）。在将本发明编码所述组成型水稻转录因子的基因构建到植物表达载体中时，可在其转录起始核苷酸前添加任一种强启动子（例如，玉米强启动子Ubiquitin）或诱导型启动子。此外，在将本发明编码所述组成型水稻转录因子的基因构建到植物表达载体中时，还可以使用增强子，且这些增强子区域必须与编码序列的阅读框相同，以确保整条序列的翻译。

携带有编码所述组成型水稻转录因子的基因的表达载体可通过使用Ti质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、微注射、电穿孔等常规生物技术方法导入植物细胞中（Weissbach，1998，Method for PlantMolecular Biology VIII，Academy Press，New York，第411-463页；Geiserson和Corey，1998，Plant Molecular Biology，第二版）。

本发明还提供含有编码所述组成型水稻转录因子的工程菌及细胞系。

本发明还提供一种转基因水稻植株的构建方法，具体为：采用农杆菌介导的方法，将含有编码所述组成型水稻转录因子的基因的载体转入水稻愈伤组织中，用含诱导剂和农杆菌的AAM培养液进行转化，转化后的材料经过共培养-筛选-分化-生根-转基因苗的锻炼和移栽，筛选转基因水稻植株。

本发明还提供编码所述组成型水稻转录因子的基因在改良水稻籽粒性状（例如增加水稻籽粒宽度）中的应用。

本发明还提供了用于扩增水稻转录因子Os02g07780基因CDS序列的引物对，包括正向引物F5'-CAAAAAAGCAGGCTTCATGGATTGGATGCCTCCT-3'和反向引物R5'-CAAGAAAGCTGGGTCTTAATGAAATGACATGCAGC-3'。

本发明进一步提供水稻转录因子Os02g07780基因在调控水稻籽粒性状中的应用。利用转录因子抑制基序EAR与水稻转录因子Os02g07780融合构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基因转化到农作物如水稻中，从而改良转基因水稻籽粒的性状。

前述的应用，其是将水稻转录因子Os02g07780基因的CDS序列去掉终止密码子之后，构建到转录因子抑制基序EAR编码基因（SEQ IDNo.4）的下游，转化水稻（如水稻品种‘kitaake’），从而改良转基因水稻籽粒的性状。优选将水稻转录因子Os02g07780基因的CDS序列去掉终止密码子之后，通过Gateway系统构建到转录因子抑制基序EAR编码基因的下游。

本发明首次利用转录因子抑制基序EAR与水稻转录因子Os02g07780融合构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基因转化到农作物如水稻中，从而改良水稻籽粒性状，例如水稻籽粒宽度增加。对于详细阐明调控种子发育机理具有重要的理论价值，并且可以通过转基因手段，改良水稻的粒型，因此在生产实践中也具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例1中nEAR-hyg-asRED载体图谱。

图2为本发明实施例1中ubi:EAR-Os02g07780载体图谱。

图3为本发明实施例3中PCR检测EAR-Os02g07780转基因阳性株系；其中，M为DNA分子量标准，WT为野生型水稻‘kitaake’，E0297H-01和E0297H-06为EAR-Os02g07780转基因水稻株系。

图4为本发明实施例4中转基因水稻籽粒性状的表型宽度的比较；其中，WT为野生型水稻‘kitaake’，E0297H-01和E0297H-06为EAR-Os02g07780转基因水稻株系。

图5为本发明实施例4中转基因水稻籽粒性状的考种数据统计分析结果；其中，WT为野生型水稻‘kitaake’，E0297H-01和E0297H-06为EAR-Os02g07780转基因水稻株系。

图6为本发明实施例1中植物双元表达载体pCambia1301-UbiN的图谱。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件，如Sambrook等分子克隆实验手册（Sambrook J&Russell DW,Molecular cloning:a laboratory manual,2001），或按照制造厂商说明书建议的条件。

实施例1Os02g07780基因CDS序列的获得及植物表达载体的构建

1Os02g07780基因CDS序列的获得

在植物转录因子数据库（http://rice.plantbiology.msu.edu/analyses_search_locus.shtml）中找到Os02g07780基因，根据其CDS序列设计PCR扩增引物，正向引物F5'-CAAAAAAGCAGGCTTCATGGATTGGATGCCTCCT-3'和反向引物R5'-CAAGAAAGCTGGGTCTTAATGAAATGACATGCAGC-3'）。以野生型日本晴‘kitaake’水稻总cDNA为模板，利用引物F和R进行PCR，获得Os02g07780基因完整的CDS序列（Seq ID No.3）。

2植物表达载体的构建

将水稻转录因子Os02g07780基因的CDS序列通过Gateway系统构建到转录因子抑制基序EAR编码基因（SEQ ID No.4）的下游。

2.1将上述PCR产物克隆到pDONER克隆载体上

按照PrimeSTAR聚合酶扩增体系和反应程序进行PCR。此过程中包含两轮PCR，第一轮PCR的引物用加部分adaptor attB接头的基因引物（F和R），而第二轮的模板用第一轮的PCR产物，并且引物用完整的adaptor attB引物（attB5'adaptor：5'-GTGGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTTC-3'，attB3'adaptor：5'-GTGGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTC-3'）。将PCR产物克隆到pDONER克隆载体（购自Invitrogen）上，经测序鉴定得到与目的基因完全相同的序列。

2.2植物表达载体的构建

以植物双元表达载体pCambia1301-UbiN（图6）左右边界包含的序列为骨架序列，通过体外重组，将ubi promoter-EAR-Gateway表达单元、35S promoter-asRED表达单元和35S promoter-hyg表达单元与之融合构建，得到载体nEAR-hyg-asRED的全序列如SEQ ID No.6所示，载体图谱见图1。

表达载体nEAR-hyg-asRED含有Gateway重组系统，pDONR带有目的基因的质粒作为入门载体（Entery vector），通过LR反应可完成目的基因表达载体的构建。

通过LR反应将Os02g07780基因的CDS序列构建到其目的基因的5’端连有EAR编码基因的植物表达载体nEAR-hyg-asRED上，获得携带有编码所述组成型水稻转录因子EAR-Linker-Os02g07780基因的表达载体ubi：EAR-Os02g07780，其全序列如SEQ ID No.5所示，载体图谱见图2。

LR反应体系如下：

于25℃反应过夜。用反应体系转化大肠杆菌DH5α，筛选阳性克隆。

实施例2转基因水稻植株的获得

取水稻‘kitaake’成熟种子，人工或机械脱壳，挑选饱满光洁无菌斑的种子经消毒之后接种到诱导培养基上进行诱导培养。选择外观良好，生长力好的水稻愈伤组织为受体材料，采用农杆菌介导法将ubi：EAR-Os02g07780转入水稻愈伤组织中，用含有100μM的乙酰丁香酮和OD值为0.7的农杆菌的AAM培养液进行转化，将转化液浸泡过的愈伤组织置于共培养基上进行共培养，25℃暗培养3d后置于筛选培养基上培养约30d，每10d继代一次。然后将筛出的抗性愈伤转移到分化培养基上分化约20d，每10d继代一次。将分化出绿色小苗的抗性愈伤转移到生根培养基上生根，待约7d长出发达根系后炼苗，并计算转化所获转基因苗数，共获得10个转基因植株。炼苗7d后转移至大田生长。

本实施例中涉及的培养基配方如下：

诱导培养基：N6大量+B5微量+NB有机+铁盐+铜钴母液+2.5mg/L2,4D+0.6g/L酸水解酪蛋白+2.878g/L脯氨酸+0.5g/L谷氨酰胺+30g/L蔗糖，以水配制，调pH至5.8～5.9后加入植物凝胶4g/L。

共培养基：N6大量+B5微量+NB有机+铁盐+2.5mg/L2,4D+0.5g/L谷氨酰胺+0.6g/L酸水解酪蛋白+10g/L葡萄糖+30g/L蔗糖，以水配制，调pH至5.2后加入植物凝胶4g/L。灭菌后，50℃左右加入AS（乙酰丁香酮）100～200μg/mL。

筛选培养基：N6大量+B5微量+NB有机+铁盐+铜钴母液+2.5mg/L2,4D+0.6g/L酸水解酪蛋白+2.878g/L脯氨酸+0.5g/L谷氨酰胺+30g/L蔗糖，以水配制，调pH至5.8～5.9后加入植物凝胶4g/L。灭菌后加入35mg/L潮霉素（购自上海纽津生物技术有限公司）或5mg/LBialaphos（购自北京拜尔迪生物技术公司）。

分化培养基：MS无机+MS-B5微量+MS有机+铁盐+MS-铜钴母液+0.05mg/L NAA+2.0mg/L Kinetin（激动素）+30g/L山梨醇+2g/L水解酪蛋白+30g/L蔗糖，以水配制，调pH至5.8～5.9后加入植物凝胶4g/L。

实施例3转基因阳性株系的鉴定

为了检测实施例2中获得的EAR-Os02g07780转基因水稻株系的T2代水稻株系（E0297H-01和E0297H-06）中基因的过表达情况，根据载体ubi：EAR-Os02g07780设计如下引物：

正向引物F5'-GTGGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTTC-3'

反向引物R5'-GTGGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTC-3'

进行PCR检测，对扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳，结果如图3所示，出现明显的特异性条带。其中，WT表示野生型水稻‘kitaake’，E0297H-01和E0297H-06表示EAR-Os02g07780转基因水稻株系。E0297H-01和E0297H-06中含有EAR-Os02g07780融合基因。

实施例4转基因水稻表型分析和考种分析

将实施例2中获得的转基因水稻株系（E0297H-01和E0297H-06）与野生型‘kitaake’水稻种子进行比较，从表型上可以明显的看出，转基因水稻的籽粒明显变宽（图4）。考种数据分析表明（图5），转基因水稻籽粒的宽度显著大于野生型水稻籽粒。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种组成型水稻转录因子，其特征在于，其为融合蛋白EAR-Linker-Os02g07780；

其中，EAR为来自植物转录因子的一段具有转录抑制功能的蛋白基序，其氨基酸序列如Seq ID No.2所示；Linker由1～39个柔性氨基酸串联而成，Linker的氨基酸序列为GGGGG、GPPPG、DPAFLYKVVPR或INYPYDVPDYAGSYPYDVPDYAAQCSGTELTSLYKKAGF；Os02g07780为水稻转录因子Os02g07780，其氨基酸序列如SEQ IDNo.1所示。

2.编码权利要求1所述组成型水稻转录因子的基因。

3.含有权利要求2所述基因的载体。

4.含有权利要求2所述基因的工程菌。

5.一种转基因水稻植株的构建方法，其特征在于，采用农杆菌介导的方法，将权利要求3所述的载体转入水稻愈伤组织中，用含诱导剂和农杆菌的AAM培养液进行转化，转化后的材料经过共培养-筛选-分化-生根-转基因苗的锻炼和移栽，筛选转基因水稻植株。

6.权利要求2所述的基因在改良水稻籽粒性状中的应用。

7.水稻转录因子Os02g07780基因在改良水稻籽粒性状中的应用，其中，水稻转录因子Os02g07780基因的CDS序列如Seq ID No.3所示。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，其是将水稻转录因子Os02g07780基因的CDS序列去掉终止密码子之后，通过Gateway系统构建到转录因子抑制基序EAR编码基因的下游，转化水稻，从而改良转基因水稻籽粒的性状；

其中，所述转录因子抑制基序EAR编码基因的核苷酸序列如SEQID No.4所示。