CN108794612B - 植物种子脂肪酸相关蛋白GhbZIP67及其编码基因和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物种子脂肪酸相关蛋白GhbZIP67及其编码基因和应用。本发明提供的蛋白质,是如下(a1)或(a2):(a1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质;(a2)将序列表中序列1所示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/或添加且与植物种子油分相关的由序列1衍生的蛋白质。本发明提供了GhbZIP67蛋白及其编码基因,可以调控植物种子脂肪酸含量。本发明对于培育棉花新品种具有重要的意义,适合于推广应用。

Description

植物种子脂肪酸相关蛋白GhbZIP67及其编码基因和应用
技术领域
本发明涉及一种植物种子脂肪酸相关蛋白GhbZIP67及其编码基因和应用。
背景技术
棉花是重要的纤维作物,也是重要的油料作物。在陆地棉的棉仁中,油分约占25%-40%,其含油量与大豆相当,是植物油的重要来源,棉花在世界油料作物中排名第六。研究者对于陆地棉的研究主要集中于纤维品质、产量性状以及抗性性状,对棉籽含油量性状研究较少。陆地棉种植面积广泛,在生产上每产生1千克纤维的同时产生约1.65千克的棉籽,世界上每年可生产大量棉籽,陆地棉棉籽可以作为重要的油料来源。随着人口的增长对食用植物油的需求越来越大,以及生物燃料的推广应用,棉花的副产品棉籽受到越来越多的关注,提高棉籽含油量具有重要的意义。
棉籽油分相关基因的定位工作进展缓慢,国内外研究者,对于棉花QTLs的研究,主要集中于纤维品质相关性状的QTLs、产量相关性状的QTLs等,对棉籽含油量的研究相对较少,并且由于分子标记密度的限制,目前通过正向遗传学图位克隆的方法克隆油分相关基因还非常困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种植物种子脂肪酸相关蛋白GhbZIP67及其编码基因和应用。
本发明提供的蛋白质,获自棉花,命名为GhbZIP67蛋白,是如下(a1)或(a2):
(a1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质;
(a2)将序列表中序列1所示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/或添加且与植物种子油分相关的由序列1衍生的蛋白质。
为了使(a1)中的GhbZIP67蛋白便于纯化和检测,可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。
表1标签的序列
标签 残基 序列
Poly-Arg 5-6(通常为5个) RRRRR
Poly-His 2-10(通常为6个) HHHHHH
FLAG 8 DYKDDDDK
Strep-tag II 8 WSHPQFEK
c-myc 10 EQKLISEEDL
上述(a2)中的GhbZIP67蛋白可人工合成,也可先合成其编码基因,再进行生物表达得到。上述(a2)中的GhbZIP67蛋白的编码基因可通过将序列表中序列2所示的DNA序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子,和/或进行一个或几个碱基对的错义突变,和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。
编码所述GhbZIP67蛋白的基因(GhbZIP67基因)也属于本发明的保护范围。
所述基因为如下(b1)-(b3)中任一所述的DNA分子:
(b1)编码区如序列表中序列2所示的DNA分子;
(b2)在严格条件下与(b1)限定的DNA序列杂交且编码与植物种子油分相关的蛋白的DNA分子;
(b3)与(b1)或(b2)限定的DNA序列具有90%以上同源性且编码与植物种子油分相关的的蛋白的DNA分子。
上述严格条件可为用0.1×SSPE(或0.1×SSC),0.1%SDS的溶液,在DNA或者RNA杂交实验中65℃下杂交并洗膜。
含有GhbZIP67基因的重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌也属于本发明的保护范围。
可用现有的植物表达载体构建含有GhbZIP67基因的重组表达载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。使用GhbZIP67基因构建重组表达载体时,可在其转录起始核苷酸前加上任何一种增强型、组成型、组织特异型或诱导型启动子,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GhbZIP67基因构建重组表达载体时,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,如加入在植物中表达可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因、具有抗性的抗生素标记物或是抗化学试剂标记基因等。
所述重组表达载体具体可为将pBI121载体的BamHI和SacI酶切位点间的片段替换为序列表的序列2自5’端第1-1176位所示的DNA分子得到的重组表达载体。
本发明还保护GhbZIP67蛋白或GhbZIP67基因调控植物种子脂肪酸含量中的应用。
所述脂肪酸具体可为18:0脂肪酸、18:1脂肪酸、20:0脂肪酸、20:1脂肪酸、16:0脂肪酸、16:1脂肪酸、18:3脂肪酸或22:1脂肪酸。
本发明还保护一种培育转基因植物的方法(方法甲),包括如下步骤:将GhbZIP67基因导入出发植物,得到种子脂肪酸含量提高的转基因植物;所述脂肪酸为18:0脂肪酸、18:1脂肪酸、20:0脂肪酸或20:1脂肪酸。
所述方法中,所述GhbZIP67基因可以通过以上任一所述重组表达载体导入目的植物。所述重组表达载体可通过Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化到植物细胞或组织中。
本发明还保护一种提高植物种子脂肪酸含量的方法,包括如下步骤:提高出发植物中GhbZIP67蛋白的活性和/或表达量,得到种子脂肪酸含量提高的植物;所述脂肪酸为18:0脂肪酸、18:1脂肪酸、20:0脂肪酸或20:1脂肪酸。
本发明还保护一种培育转基因植物的方法,包括如下步骤:将GhbZIP67基因导入出发植物,得到种子脂肪酸含量降低的转基因植物;所述脂肪酸为16:0脂肪酸、16:1脂肪酸、18:3脂肪酸或22:1脂肪酸。
所述方法中,所述GhbZIP67基因可以通过以上任一所述重组表达载体导入目的植物。所述重组表达载体可通过Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化到植物细胞或组织中。
本发明还保护一种降低植物种子脂肪酸含量的方法,包括如下步骤:提高出发植物中GhbZIP67蛋白的活性和/或表达量,得到种子脂肪酸含量降低的植物;所述脂肪酸为16:0脂肪酸、16:1脂肪酸、18:3脂肪酸或22:1脂肪酸。
本发明还保护GhbZIP67蛋白,或,GhbZIP67基因,或,以上任一所述的方法在植物育种中的应用。
所述育种的目的是选育种子脂肪酸含量升高或降低的植物。所述脂肪酸具体可为18:0脂肪酸、18:1脂肪酸、20:0脂肪酸、20:1脂肪酸、16:0脂肪酸、16:1脂肪酸、18:3脂肪酸或22:1脂肪酸。
以上任一所述植物为双子叶植物或单子叶植物。所述双子叶植物可为山柑目植物。所述山柑目植物可为十字花科植物。所述十字花科植物可为南芥族植物。所述南芥族植物可为拟南芥属植物。所述所述拟南芥属植物具体可为拟南芥,例如哥伦比亚生态型拟南芥。
本发明提供了GhbZIP67蛋白及其编码基因,可以调控植物种子脂肪酸含量。本发明对于培育棉花新品种具有重要的意义,适合于推广应用。
附图说明
图1为转基因植株的qRT-PCR检测结果。
图2为转基因植株的总脂肪含量检测结果。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
pBI121载体:参考文献:Chen,P.Y.,Wang,C.K.,Soong,S.C.,&To,K.Y.(2003).Complete sequence of the binary vector pBI121 and its application in cloningT-DNA insertion from transgenic plants.Molecular breeding,11(4),287-293.;公众可以从中国农业科学院棉花研究所获得。
农杆菌GV3101:郑州尚医生物科技有限公司(华越洋品牌)。
拟南芥Col-0:参考文献:梅雄,李振江,张慧,等.3种接种方法对十字花科黑腐病菌Xcc8004菌株在拟南芥Col-0上致病力的影响[J].基因组学与应用生物学,2011,30(4):365-370.;公众可以从中国农业科学院棉花研究所获得。
实施例1、GhBZIP67蛋白及其编码基因的获得
提取棉花陆海回交近交系3008不同组织器官材料的总RNA,并反转录为cDNA。经过大量序列分析、表达量分析与功能验证,从cDNA中发现了一个DNA编码序列,如序列表的序列2所示,其编码的蛋白质如序列表的序列1所示。
将序列表的序列1所示的蛋白质命名为GhBZIP67蛋白。将编码GhBZIP67蛋白的基因命名为GhBZIP67基因。
实施例2、GhBZIP67蛋白及其编码基因的功能验证
一、转基因植株的获得
1、重组表达载体的构建:将pBI121载体的BamHI和SacI酶切位点间的片段替换为序列表的序列2自5’端第1-1176位所示的DNA分子,得到重组表达载体pBI121::GhBZIP67(已经测序验证)。
2、将步骤1得到的重组表达载体pBI121::GhBZIP67导入农杆菌GV3101,得到重组菌GV3101::GhBZIP67。
3、将步骤2得到的重组菌GV3101::GhBZIP67通过蘸花法转入拟南芥Col-0中,具体转化步骤如下:
(1)将步骤2得到的重组菌GV3101::GhBZIP67接种于含有100mg/L利福平、25mg/L庆大和50mg/L卡纳霉素的YEB液体培养基中,28℃、200rpm培养至菌液OD600nm为0.6。
(2)完成步骤(1)后,将培养体系离心,收集菌体沉淀,采用含有5g/100mL蔗糖和20μL/100mL 1 Silvet的/2MS液体培养基重悬菌体沉淀并调整菌浓度至菌液OD600nm为2.0。
(3)取步骤(2)得到的菌液,采用蘸花法转化拟南芥(方法参照文献:Zhang,X.,Henriques,R.,Lin,S.S.,Niu,Q.W.,and Chua,N.H.(2006).Agrobacterium-mediatedtransformation of Arabidopsis thaliana using the floral dip method.Nat Protoc1,641-646.doi:10.1038/nprot.2006.97),转化后的拟南芥避光培养24h后,恢复到正常条件(22℃、光照16h/18℃、黑暗8h,湿度60%)培养。
每一周重复上述步骤转化一次,一共转化3次,直至收获T0代转基因种子。
4、取步骤3得到的T0代转基因种子,消毒后在4℃避光放置3天,然后平铺于含有50mg/L卡纳霉素的MS固体培养基上,在正常条件(22℃、光照16h/18℃、黑暗8h,湿度60%)下培养10天,筛选得到T1代抗性植株(抗性植株表型:植株正常生长,叶片深绿,根系发育正常;敏感植株表型:植株停止生长,叶片黄花,无根或根系非常短)。
5、将步骤4得到的T1代抗性植株移栽到营养土中并继续在正常条件(22℃、光照16h/18℃、黑暗8h,湿度60%)下培养,得到T2代植株,按照步骤4中的标准筛选得到T2代抗性植株,如果T2代植株中满足抗性植株:敏感植株=3:1的条件(符合卡方测验),其T1代及自交后代为单拷贝插入株。
6、取步骤5得到的单拷贝插入株的T2代卡纳霉素抗性植株自交并收获T3代植株,按照步骤4中的标准筛选得到T3代抗性植株,对于某一T2代植株来说,如果其抽样检测的T3代植株均为抗性植株,则认为该T2代植株为纯合的转基因植株,该T2代植株及其自交后代为一个纯合的转基因株系。
二、转空载体植株的获得
采用pBI121载体替代重组表达载体pBI121::GhBZIP67,按照步骤3-6进行操作,得到转空载体株系。
三、转基因植株的qRT-PCR检测
待测植株:拟南芥Col-0(WT)、转基因株系(L1、L2、L3)的T3代植株、转空载体株系T3代植株。
1、提取待测植株果荚的总RNA,并反转录为cDNA。
2、以步骤1得到的cDNA为模板,采用引物qRT-GhBZIP67-F和引物qRT-GhBZIP67-R组成的引物对进行荧光定量PCR,检测待测植株中GhBZIP67基因的表达情况;采用引物Ghhiston3-F和引物Ghhiston3-R组成的引物对检测内参基因18S。
qRT-GhBZIP67-F:ATTGTTCCCAGCAACTTGG(5’-3’);
qRT-GhBZIP67-R:TGTATCACGACGGGCTCTAAC(5’-3’);
Ghhiston3-F:GAAGCCTCATCGATACCGTC(5’-3’);
Ghhiston3-R:CTACCACTACCATCATGGC(5’-3’)。
结果如图1所示。结果表明,相对于拟南芥Col-0(WT),转基因株系(L1、L2、L3)中GhBZIP67基因都正常表达。转空载体株系中GhBZIP67基因的表达情况与拟南芥Col-0(WT)相同。
四、功能鉴定
待测植株:拟南芥Col-0(WT)、转基因株系(L1、L2、L3)的T3代植株、转空载体株系T3代植株。
1、总脂肪含量检测
采用核磁共振成像分析仪(Niumag corporation,NMI20-Analyst)并按照操作方法对待测植株种子进行总脂肪含量测定。
结果如图2所示。结果表明,转基因株系L1,L2和L3三个转基因株系油分含量未发生明显改变。转空载体株系油分含量与拟南芥(WT)无差异。
2、脂肪酸成分含量检测
将待测植株种子用研钵研磨成粉末状,取10mg粉末放入5mL具塞离心管中,然后加入200μL的90~120℃的石油醚,在100W超声波45℃的条件下浸提1.5h;然后加入100μL的0.5mol/L的KOH-CH3OH溶液,高速振荡甲酯化;然后加入5μL饱和NaCl水溶液,4000rpm离心10min后,将上清转入1.5mL进样瓶用Agilent7890A气相色谱仪进行脂肪酸成分测定。
色谱柱:DB-23毛细管色谱柱(60m×0.25mm×0.25μm);柱温:程序升温:100℃保持1min,以25℃/min速率升温到175℃,再以4℃/min的速率升温到230℃,保持5min;FID检测器温度280℃;进样口温度250℃;载气为高纯氮气(纯度99.999%),流速30mL/min;氢气流速40mL/min;空气流速450mL/min;进样量1.0μL;分流比30:1。
12.106保留时间对应的峰为棕榈酸(C16:0);14.357保留时间对应的峰为硬脂酸(C18:0)。脂肪酸16:0保留时间10.306,脂肪酸16:1保留时间10.615,脂肪酸18:0保留时间12.284,脂肪酸18:1保留时间12.593和12.676,脂肪酸18:3保留时间13.936,脂肪酸20:0保留时间14.605,脂肪酸20:1保留时间14.970和15.070,脂肪酸22:1保留时间17.528。
结果如表2所示。结果表明,转基因株系相对于拟南芥Col-0(WT),16:0、16:1、18:3和22:1脂肪酸成分降低,18:0、18:1、20:0和20:1脂肪酸成分升高。转空载体株系脂肪酸成分与拟南芥(WT)无差异。
表2脂肪酸成分测定结果
Figure BDA0001711686950000071
上述结果说明:本发明的GhbZIP67基因具有调节脂肪酸成分的功能。
序列表
<110> 中国农业科学院棉花研究所
<120> 植物种子脂肪酸相关蛋白GhbZIP67及其编码基因和应用
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 391
<212> PRT
<213> 棉花(Gossypium spp)
<400> 1
Met Ala Leu Phe Ala Ser Glu Ser Val Ala Tyr Gly Gly Ile Lys Ala
1 5 10 15
Ala Ser Pro Ser Gln Ala Pro Arg Ser Pro Gln Gln Gln Gln Arg Gln
20 25 30
Glu Leu Thr Gln Asp Gln Ser Val Ser Ser Leu Asn Lys Gln Gly Ser
35 40 45
Ile Phe Ser Leu Thr Leu Asp Glu Ile Gln Leu Lys Ser Gly Lys Ala
50 55 60
Phe Gly Ser Met Asn Met Asp Glu Phe Leu Ala Asn Leu Trp Asn Val
65 70 75 80
Glu Glu Asn Gln Ala Pro Pro Gln Leu Asp Gln Asn Glu Ala Arg Asp
85 90 95
Asp Lys Asp Lys Gly Asn Gly Gly Gln Pro Thr Leu Ala Arg Gln Gly
100 105 110
Ser Phe Ser Ile Pro Thr Pro Leu Cys Lys Lys Thr Val Asp Glu Val
115 120 125
Trp Phe Glu Ile Gln Lys Glu Leu Pro Gln Gln Arg Lys Ala Asn Asn
130 135 140
Ile Ala Asp His Glu Pro Pro Gln Arg Gln Gln Thr Phe Gly Glu Met
145 150 155 160
Thr Leu Glu Asp Phe Leu Ile Lys Ala Gly Val Val Gln Glu Pro Ser
165 170 175
Ser Ala Ser Ser Gln Gln Lys Lys Val Ala Ser Thr Arg Thr Asn Gly
180 185 190
Thr Ser Leu Glu Ala Thr Tyr Gly Met Gly His Gly Ala Gly Ser Ser
195 200 205
Gln Gln Lys Met Leu Thr Ser Ile Gln Asn Ser Ser Ala Ser Leu Asp
210 215 220
Ala Asn Phe Gly Met Gly His Val Met Gly Leu Gly Phe Pro Gly His
225 230 235 240
Gln Ile Val Pro Ser Asn Leu Ala Ala Pro Gly Asn Gly Tyr Ala Ala
245 250 255
Ala Tyr Pro Ile Phe Thr Gln Ser Lys Thr Met Met Gly Glu Ser Ser
260 265 270
Asn Val Ala Glu Asn Gly Asn Gly Thr Asn Arg Leu Leu Glu Pro Val
275 280 285
Val Ile Gln Asn Lys Lys Arg Ile Ile Asp Gly Pro Pro Glu Val Val
290 295 300
Val Glu Arg Arg Gln Arg Arg Met Ile Lys Asn Arg Glu Ser Ala Ala
305 310 315 320
Arg Ser Arg Ala Arg Lys Gln Ala Tyr Thr Val Glu Leu Glu Leu Glu
325 330 335
Leu Asn Gln Leu Lys Gln Glu Asn Ala Lys Leu Lys Gln Leu Val Glu
340 345 350
Glu Asn Glu Gln Lys Arg Lys Gln Glu Val Leu Lys Arg Lys Gln Ser
355 360 365
Lys Leu Pro Ala Gln Arg Lys Val Val Asp Lys Met Arg Thr Leu Arg
370 375 380
Arg Thr Val Ser Leu Gly Trp
385 390
<210> 2
<211> 1176
<212> DNA
<213> 棉花(Gossypium spp)
<400> 2
atggcacttt ttgcatcaga aagtgttgcc tatggtggca tcaaggcagc gtcaccatcg 60
caagcaccgc gatcgccgca gcagcaacaa cgccaggaat taacacagga tcaatctgtt 120
tcttccttga acaaacaggg ttcgattttc tccctcaccc tcgacgagat tcaactgaag 180
agcgggaagg cttttgggtc catgaacatg gatgaattcc ttgccaactt gtggaatgtt 240
gaggaaaacc aagctccacc acagctcgac cagaacgagg ctcgcgatga caaagacaag 300
ggcaacggag gtcaaccaac cctggcccga caaggctctt tctccatccc caccccactt 360
tgcaagaaaa ctgtggatga ggtatggttt gagattcaga aagagctacc gcagcagcgg 420
aaggctaaca acatcgctga tcacgaacct cctcagcgcc aacaaacttt cggagagatg 480
actttggagg attttctcat caaagccgga gttgttcaag aaccatcatc agcatcttcc 540
caacaaaaga aggtggcatc tacccggacc aatggcacaa gtctagaagc aacctacgga 600
atggggcatg gggccggatc ttctcaacag aaaatgttga catctattca aaatagcagt 660
gcaagcttgg atgcaaactt cgggatggga catgtgatgg ggctaggatt cccaggccac 720
caaattgttc ccagcaactt ggcagcacca ggcaatggtt acgccgcagc ataccccatt 780
ttcacgcaga gtaaaactat gatgggggaa tcttctaatg ttgctgaaaa tgggaatggc 840
accaaccgcc tgttagagcc cgtcgtgata cagaacaaga agaggatcat agatggtccg 900
ccggaggtgg tagtcgaaag gagacaacgc cgcatgatca agaatcgaga gtcagcagca 960
agatctcgag caaggaaaca ggcgtacaca gtggaactgg aattagagtt gaaccagctg 1020
aaacaggaga atgcaaagct taagcagctt gtggaggaaa acgagcaaaa gcgaaagcaa 1080
gaggttctga aaagaaaaca atccaaatta ccagcacaaa gaaaggttgt tgataagatg 1140
aggacattga ggaggacagt gagcttggga tggtga 1176

Claims (5)

1.一种培育转基因植物的方法,包括如下步骤:将序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的编码基因导入出发植物,得到种子脂肪酸含量提高的转基因植物;所述脂肪酸为18:0脂肪酸、18:1脂肪酸、20:0脂肪酸或20:1脂肪酸;所述植物为棉花或拟南芥。
2.一种提高植物种子脂肪酸含量的方法,包括如下步骤:提高出发植物中序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的表达量,得到种子脂肪酸含量提高的植物;所述脂肪酸为18:0脂肪酸、18:1脂肪酸、20:0脂肪酸或20:1脂肪酸;所述植物为棉花或拟南芥。
3.一种培育转基因植物的方法,包括如下步骤:将序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的编码基因导入出发植物,得到种子脂肪酸含量降低的转基因植物;所述脂肪酸为16:0脂肪酸、16:1脂肪酸、18:3脂肪酸或22:1脂肪酸;所述植物为棉花或拟南芥。
4.一种降低植物种子脂肪酸含量的方法,包括如下步骤:提高出发植物中序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的表达量,得到种子脂肪酸含量降低的植物;所述脂肪酸为16:0脂肪酸、16:1脂肪酸、18:3脂肪酸或22:1脂肪酸;所述植物为棉花或拟南芥。
5.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于:所述编码基因为序列表中序列2所示的DNA分子。
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