CN104059136B - 大豆转录因子GmMYB172在植物油脂代谢调控中的应用 - Google Patents

大豆转录因子GmMYB172在植物油脂代谢调控中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种与油脂代谢调控相关的大豆转录因子GmMYB172及其编码基因与应用。本发明提供的蛋白，名称为GmMYB172，来源于大豆属大豆（Glycine max(L.)Merrill），是如下（a）或（b）的蛋白质：（a）由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；（b）将序列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/或添加且与植物组织总油脂含量相关的由序列2衍生的蛋白质。本发明的实验证明，转录因子GmMYB172及其编码基因可以调控植物种子中油脂含量，过表达后提高植物种子中油脂含量。该基因对提高和改良作物油脂成份、特别是对于提高大豆等油料植物籽粒中油脂成份，培育高油脂品种具有重要的理论和现实意义。

Description

大豆转录因子GmMYB172在植物油脂代谢调控中的应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种大豆转录因子GmMYB172在植物油脂代谢调控中的应用。
背景技术
人类饮食中71％的油脂来自于植物。在世界上的几种主要产油作物中，大豆总产油量约占30％，居世界植物油产量的第一位(表1)。
表1为世界上主要的产油作物
脂肪酸的合成是植物体中最重要的代谢途径之一，它存在于植物体的任何一个细胞中，是生长发育所必须的。对它的阻断会导致细胞的死亡，因而至今为止还没有发现一个阻断脂肪酸合成的植物突变体。
植物同其它真核生物在参与脂肪酸合成途径的酶上有很大差异。从乙酰CoA和丙二酰CoA合成16或18个碳原子的脂肪酸至少需要30个不同的酶催化的反应来完成这一过程，而在动物、真菌及一些细菌中，以上反应是由一个存在于胞质中的多酶复合体来完成的。植物中，参与脂肪酸合成的酶以可溶的形式存在于质体的胞质中。
大多数植物中，油脂都以三酰甘油（Triacylglycerols，TAG）的形式储藏，它的含量是一个非常重要的农艺性状，TAG的生物合成称之为Kennedy途径，如同真核生物中合成膜甘油酯的途径，脂肪酸去除CoA后被转移到3-磷酸甘油的1和2位，形成中间产物PA。PA去磷酸化产生DAG。在TAG合成的最后一步，第三个脂肪酸分子被转移到空的DAG3’-OH位置，这一步反应是由二酰甘油乙酰转移酶（diacylglycerolacyltransferase，DGAT）催化的，此反应被认为是TAG生物合成中唯一的限速步骤。人们已对脂类合成途径有了认知，并且已经克隆了很多参与脂类合成的酶基因。然而，植物中，对脂类合成的调控机理及其相关基因仍然知之甚少。
本实验室早期的研究表明，GmMYB172及其编码基因GmMYB172在大豆中与非生物胁迫的应答反应相关（ACCESSION：DQ822946,Liao,Y.,Tian,A.-G.,Zhang,J.-S.,Chen,S.-Y）。
发明内容
本发明的一个目的是提供如下1）-3）中任一种物质的新用途。
本发明提供的如下1）-3）中任一种物质在调控植物组织总油脂含量中的应用：
1）蛋白GmMYB172；
2）编码蛋白GmMYB172的DNA分子；
3）含有编码蛋白GmMYB172的DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌；
所述蛋白GmMYB172的氨基酸序列为序列表中的序列2。
上述应用中，所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子的核苷酸序列为序列表中的序列1；
所述含有编码蛋白GmMYB172的DNA分子的重组载体为将所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子插入表达载体中，得到表达蛋白GmMYB172的重组载体。
用于构建所述植物表达载体的出发载体可为任意一种双元农杆菌载体或可用于植物微弹轰击的载体等，如pBin438、pCAMBIA1302、pCAMBIA2301、pCAMBIA1301、pCAMBIA1300、pBI121、pCAMBIA1391-Xa或pCAMBIA1391-Xb（CAMBIA公司）。使用GmMYB172构建植物表达载体时，在其转录起始核苷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，如花椰菜花叶病毒（CAMV）35S启动子、泛生素基因Ubiquitin启动子（pUbi）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植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是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，以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，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以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，可对所用植物表达载体进行加工，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（GUS基因、萤光素酶基因等）、具有抗性的抗生素标记物（庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等）或是抗化学试剂标记基因（如抗除莠剂基因）等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。
携带有本发明GmMYB172的植物表达载体可通过使用Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化植物细胞或组织，并将转化的植物细胞或组织培育成植株。被转化的植物宿主既可以是单子叶植物，如水稻、小麦、玉米等，也可以是双子叶植物，如大豆、烟草、拟南芥或棉花等。
在本发明的实施例中，表达载体为双元表达载体pPROKII，重组载体具体为将序列表中序列1所示的核苷酸插入pPROKII载体的BamHI和KpnI酶切位点间得到的载体。
上述应用中，所述调控植物组织总油脂含量为提高植物组织总油脂含量。
上述应用中，所述组织为种子；所述植物为单子叶植物或双子叶植物；具体为大豆、百脉根、苜蓿、水黄皮、油菜、向日葵、拟南芥或玉米；在本发明的实施例中采用的是双子叶植物拟南芥。
本发明的另一个目的是提供一种培育转基因植物的方法。
本发明提供的方法，为将编码蛋白GmMYB172的DNA分子导入目的植物中，得到转基因植物；所述转基因植物组织中总油脂含量高于所述目的植物；
所述蛋白GmMYB172的氨基酸序列为序列表中的序列2。
上述方法中，所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子通过重组载体导入所述目的植物中；
所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子的核苷酸序列为序列表中的序列1；
所述重组载体为将所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子插入表达载体中，得到表达蛋白GmMYB172的重组载体。
在本发明的实施例中，表达载体为双元表达载体pPROKII，重组载体具体为将序列表中序列1所示的核苷酸插入pPROKII载体的BamHI和KpnI酶切位点间得到的载体。
上述方法中，所述组织为种子；所述植物为单子叶植物或双子叶植物；具体为大豆、百脉根、苜蓿、水黄皮、油菜、向日葵、拟南芥或玉米；在本发明的实施例中采用的是双子叶植物拟南芥。
本发明的第三个目的是提供一种重组载体。
本发明提供的重组载体，为将编码蛋白GmMYB172的DNA分子插入表达载体中，得到表达蛋白GmMYB172的重组载体；
所述蛋白GmMYB172的氨基酸序列为序列表中的序列2。
上述重组载体中，所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子的核苷酸序列为序列表中的序列1。
在本发明的实施例中，表达载体为双元表达载体pPROKII，重组载体具体为将序列表中序列1所示的核苷酸插入pPROKII载体的BamHI和KpnI酶切位点间得到的载体。
本发明的实验证明，本发明提供了一种与植物组织总油脂含量相关的转录因子GmMYB172及其编码基因，将该编码基因转入野生型拟南芥中，得到转基因拟南芥，该转基因拟南芥与野生型拟南芥相比，其种子中的总油脂含量提高。说明转录因子GmMYB172及其编码基因可以调控植物种子中总油脂含量，过表达后提高植物种子中总油脂含量。该基因对提高和改良作物油脂成份、特别是对于提高大豆等油料植物籽粒中油脂成份，培育高油脂品种具有重要的理论和现实意义。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为植物表达载体pPROKII-GmMYB172的示意图
图2为转GmMYB172拟南芥植株的RealTime-PCR鉴定结果
图3为转GmMYB172拟南芥种子中油脂含量测定
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用引物均由三博生物公司合成。
实施例1、大豆与油脂代谢调控相关的转录因子GmMYB172编码基因的cDNA克隆和植物表达载体的构建
1、转录因子GmMYB172的获得
在进行大豆种子发育过程中脂肪酸积累代谢的分析时获得一个MYB转录因子家族的基因GmMYB172有较高的表达。
提取大豆绥农14（黑龙江省农科院绥化农科所用合丰25/绥农8号为材料育成的中熟春大豆新品种，见中国农业科技网，http://shucai.ag365.com/postdetail_351344.html。由黑龙江农科院满为群提供。记载在如下文献中：秦君等，遗传，28（11），1421-1427，2006.；公众也可从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得）幼苗的总RNA，将RNA用逆转录酶反转录合成cDNA。
根据大豆基因组序列中GmMYB172的信息，设计引物，引物序列如下：
GmMYB172-up（带BamhI酶切位点的上游引物）：5’-GGATCCATGGCTGACTCGGAT（序列3）；
GmMYB172-dp（带KpnI酶切位点的下游引物）：5’-GGTACCTCATTCACTAGAGCCCG（序列4）。
以cDNA为模板，用GmMYB172-up和GmMYB172-dp为引物，进行PCR扩增,得到约222bp的PCR产物。经过测序，该PCR产物具有序列表中序列1所示的核苷酸，该核苷酸所示的基因为GmMYB172，编码区为序列表中序列1在5’末端第1-222位核苷酸，该基因编码的蛋白命名为GmMYB172，该蛋白的氨基酸序列为序列表中的序列2。
2、植物表达载体的构建
将上述1得到的PCR产物连接到TaKaRa公司的T载体pMD-18上，得到pMD-18-GmMYB172，测序该载体含有正确的GmMYB172编码序列。
将pMD-18-GmMYB172用限制性内切酶BamHI和KpnI酶切，回收约222bp的GmMYB172片段，将222bp的GmMYB172片段与经过同样酶切的12.8Kb双元表达载体pPROKII（D.C.Baulcombe,G.R.Saunders,M.W.Bevan,M.A.MayoandB.D.Harrison,ExpressionofbiologicallyactiveviralsatelliteRNAfromthenucleargenomeoftransformedplants.Nature321(1986),pp.446–449；公众可从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得）骨架连接，得到重组载体pPROKII-GmMYB172。
测序重组载体pPROKII-GmMYB172，该载体为将序列表中序列1所示的核苷酸插入pPROKII载体的BamHI和KpnI酶切位点间得到的载体，且插入的位置为CaMV35S启动子下游；该重组载体为GmMYB172的植物表达载体，该载体的部分物理图谱如图1所示。
实施例2、转GmMYB172拟南芥的获得
一、重组农杆菌的获得
将实施例1得到重组载体pPROKII-GmMYB172用电击法导入农杆菌GV3101（LeeCW等，AgrobacteriumtumefacienspromotestumorinductionbymodulatingpathogendefenseinArabidopsisthaliana,PlantCell,2009,21(9),2948-62；公众可从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得），挑取重组农杆菌，提取重组农杆菌的质粒并通过BamHI和KpnI双酶切验证，插入片段约为222bp的阳性质粒，含有该阳性质粒的重组农杆菌命名为GV3101/pPROKII-GmMYB172。
二、转GmMYB172拟南芥的获得及鉴定
将重组农杆菌GV3101/pPROKII-GmMYB172培养至对数期，然后用抽真空法将其转化哥伦比亚生态型拟南芥(col-0)（种子购自ArabidopsisBiologicalResourceCenter(ABRC)，以下简称为野生型拟南芥）中，经培育后收获种子，将种子播于含卡那霉素（50mg/L）的MS筛选培养基上，待筛选得到的T1代植株长至4-6叶时移到蛭石上生长，收获T1代单株，各单株种子分别播种，用相同的MS筛选培养基继续筛选以观察T2代的分离情况，如此重复数代直至获得遗传稳定的转基因纯合株系，获得21个T2代转GmMYB172拟南芥株系。
提取T2代转GmMYB172拟南芥苗3个株系的RNA，反转录得到cDNA作为模板，引物为：5’-GGATCCATGGCTGACTCGGAT和5’-GGTACCTCATTCACTAGAGCCCG，进行RealTime-PCR鉴定。以野生型拟南芥（col-0）为对照。大豆GmTubulin基因为内标，所用引物为Primer-TF和Primer-TR。内标引物序列为Primer-TF：5’-AACTCCATTTCGTCCATTCCTTC-3’和Primer-TR：5’-TTGAGTGGATTCCCAACAACG-3’。
结果如图2所示：T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-9中GmMYB172的相对表达量约为13±5；
T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-10中GmMYB172的相对表达量约为15±1；
T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-11中GmMYB172的相对表达量约为11±2；
在野生型拟南芥（col-0）中未能检测出GmMYB172的相对表达量。
上述结果进一步证明，GmMYB172转入拟南芥中，且得到表达。
采用同样的方法，将空载体pPROKII转入野生型拟南芥中，得到转空载体拟南芥；采用上述RealTime-PCR方法鉴定，结果与野生型无显著差异。
三、转GmMYB172基因拟南芥的表型分析
测定野生型拟南芥、转空载体拟南芥、T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-9、OE-10和OE-11的种子总油脂含量，具体方法如下：
彻底干燥待测种子，研磨成粉，取10mg加入螺口的2ml离心管中，每份样品平行称取四份。加入10μl的17:0脂肪酸（10mg/ml）做内标。加含2.5%浓硫酸的甲醇溶液1ml，85℃水浴中保温1小时，期间晃动数次。自然冷却后，取上清500μl到新管中，加入600μl的0.9%NaCl溶液、300正己烷，震荡混匀几分钟，4000转离心10分钟，取上清至新管中。通风橱中过夜使正己烷挥发完全，然后加入50μl乙酸乙酯溶解甲酯化的脂肪酸。将甲酯化的脂肪酸样品用气相色谱质谱联用仪测（Perkin-ElmerTurbomass)各个组分的相对含量，然后各个成分的脂肪酸与加入的17:0内标比较得出相对含量（方法可以参见：Shen,B.,etal.,ThehomeoboxgeneGLABRA2affectsseedoilcontentinArabidopsis,PlantMol.Biol.,60,377-387,2006.)。
每个株系取30株的种子，实验重复三次，结果取平均值±标准差。
结果如图3所示，
野生型拟南芥种子总油脂量为33±8%（即为种子总重量的百分比）；
T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-9种子总油脂量为38±4%；
T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-10种子总油脂量为37±2%；
T2代转GmMYB172拟南芥株系OE-11种子总油脂量为37±3%。
野生型拟南芥和转空载体拟南芥的结果无显著差异。
结果表明，3个转基因株系种子中的总油脂含量明显高于野生型对照。
上述实验表明，大豆MYB类转录因子GmMYB172对种子中总油脂的合成呈正调控作用，其编码基因GmMYB172的过量，可提高转基因植株种子中总油脂的含量。

Claims (6)

1.如下1)-3)中任一种物质在调控植物组织总油脂含量中的应用：
1)蛋白GmMYB172；
2)编码蛋白GmMYB172的DNA分子；
3)含有编码蛋白GmMYB172的DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌；
所述蛋白GmMYB172的氨基酸序列为序列表中的序列2；
所述调控植物组织总油脂含量为提高植物组织总油脂含量。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子的核苷酸序列为序列表中的序列1；
所述含有编码蛋白GmMYB172的DNA分子的重组载体为将所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子插入表达载体中，得到表达蛋白GmMYB172的重组载体。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述组织为种子；所述植物为单子叶植物或双子叶植物。
4.一种培育转基因植物的方法，为将编码蛋白GmMYB172的DNA分子导入目的植物中，得到转基因植物；所述转基因植物组织中总油脂含量高于所述目的植物；
所述蛋白GmMYB172的氨基酸序列为序列表中的序列2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子通过重组载体导入所述目的植物中；
所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子的核苷酸序列为序列表中的序列1；
所述重组载体为将所述编码蛋白GmMYB172的DNA分子插入表达载体中，得到表达蛋白GmMYB172的重组载体。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述组织为种子；所述植物为单子叶植物或双子叶植物。
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