CN109305997B - OsRL7.1蛋白在调控植物根发育中的应用 - Google Patents

OsRL7.1蛋白在调控植物根发育中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了OsRL7.1蛋白在调控植物根发育中的应用。OsRL7.1蛋白是如下a)或b)或c)或d)的蛋白质：a)氨基酸序列是序列2所示的蛋白质；b)在序列2所示的蛋白质的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白质；c)将序列2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/或添加得到的具有相同功能的蛋白质；d)与序列2所示的氨基酸序列具有75％或75％以上的同源性且具有相同功能的蛋白质。通过实验证明：OsRL7.1基因突变可以影响水稻根系的正常发育，该基因具有调控水稻根发育的功能，可用于水稻根系性状的改良。

Description

OsRL7.1蛋白在调控植物根发育中的应用
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及OsRL7.1蛋白在调控植物根发育中的应用，特别涉及OsRL7.1蛋白在调控水稻根发育中的应用。
背景技术
水稻是世界三大粮食作物之一，灌溉稻是目前主要的水稻生产方式，其用水量占全国用水量的54％左右，占全国农业用水量的65％以上。研究表明，目前灌溉稻的大部分耗水并非生育本身所需求，而是因为未能有效利用所致。另一方面，全世界近一半的水稻种植面积处在缺水的状态下，严重影响了其产量的提高，我国很多地区由于相对缺乏灌溉用水，致使水稻生产难以发展，一定程度上影响了耕地资源的充分利用。充满活力的根系是高等植物从土壤中充分吸收水分、营养以及感知土壤环境的重要保证。因此，根系改良是培育优良的适宜节水抗旱种植的水稻品种的关键。根长和根粗被抗旱育种家认为是抗旱品种最有潜力的改良性状。长根有利于植物吸收深土层中的水分和营养，提高在干旱环境下的生存能力，是抗旱植物重要的形态特征之一。水稻根系基因的克隆可以为水稻抗旱品种的选育提供指导意义。
由于根系生长环境的复杂性及根系研究方法和手段的局限性使水稻根系的遗传研究相对落后，相对于地上部分的研究和了解，根系的研究相对薄弱。自1996年以来，利用传统的双亲连锁定位方法，数以百计的根系QTL被定位到，但直到2013年才通过正向遗传学的方式克隆定位到第一个根部性状的相关基因——DRO1，它通过控制根角度而提高深根比例，在大田干旱条件下能极大的改善水稻抗旱性，并真正地运用到育种实践中。随着全球水资源短缺情况的扩大，根长相关基因的鉴定、遗传构型的解析有利于水稻抗旱节水种质资源的筛选和有效利用。
利用传统育种方法培育个根系发达的抗旱水稻品种周期长、偶然性大，所培育的品种不稳定，进展比较缓慢；而利用基因工程技术可以直接在基因水平上改造植物的遗传背景，定向改造植物的遗传性状。外源基因的转入丰富了基因资源，弥补了常规育种方法的不足，是抗旱品种选育的有效途径之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何调控植物根系发育。
为了解决上述技术问题，本发明首先提供了OsRL7.1蛋白的新用途。
本发明提供了OsRL7.1蛋白在调控植物根长和/或根数和/或苗长中的应用；
所述OsRL7.1蛋白是如下a)或b)或c)或d)的蛋白质：
a)氨基酸序列是序列2所示的蛋白质；
b)在序列2所示的蛋白质的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白质；
c)将序列2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/或添加得到的具有相同功能的蛋白质；
d)与序列2所示的氨基酸序列具有75％或75％以上的同源性且具有相同功能的蛋白质。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了与OsRL7.1蛋白相关的生物材料的新用途。
本发明提供了与OsRL7.1蛋白相关的生物材料在调控植物根长和/或根数和/或苗长中的应用；
所述与OsRL7.1蛋白相关的生物材料为下述A1)至A12)中的任一种：
A1)编码OsRL7.1蛋白的核酸分子；
A2)含有A1)所述核酸分子的表达盒；
A3)含有A1)所述核酸分子的重组载体；
A4)含有A2)所述表达盒的重组载体；
A5)含有A1)所述核酸分子的重组微生物；
A6)含有A2)所述表达盒的重组微生物；
A7)含有A3)所述重组载体的重组微生物；
A8)含有A4)所述重组载体的重组微生物；
A9)含有A1)所述核酸分子的转基因植物细胞系；
A10)含有A2)所述表达盒的转基因植物细胞系；
A11)含有A3)所述重组载体的转基因植物细胞系；
A12)含有A4)所述重组载体的转基因植物细胞系。
上述应用中，
A1)所述核酸分子为如下1)或2)或3)所示的基因：
1)其编码序列是序列1所示的cDNA分子或DNA分子；
2)与1)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码OsRL7.1蛋白的cDNA分子或基因组DNA分子；
3)在严格条件下与1)或2)限定的核苷酸序列杂交，且编码OsRL7.1蛋白的cDNA分子或基因组DNA分子。
上述应用中，所述调控为减小。
本发明还提供了OsRL7.1蛋白或与OsRL7.1蛋白相关的生物材料的新用途。
本发明提供了OsRL7.1蛋白或与OsRL7.1蛋白相关的生物材料在培育根长减少和/或根数减少和/或苗长减少的植物中的应用。
本发明还提供了OsRL7.1蛋白或与OsRL7.1蛋白相关的生物材料在改良植物根系性状中的应用。
本发明还提供了OsRL7.1蛋白或与OsRL7.1蛋白相关的生物材料在植物育种中的应用。
本发明的最后一个目的是提供一种培育根长减少和/或根数减少和/或苗长减少的植物的方法，包括降低植物中OsRL7.1蛋白的含量和/或活性，从而减小植物的根长和/或根数和/或苗长。
上述应用或方法中，所述植物为单子叶植物或双子叶植物，所述单子叶植物具体可为禾本科植物；所述禾本科植物具体可为水稻；所述水稻具体可为突变体Ti-OsRL7.1或野生型水稻东津(Dongjin)。
本发明提供了OsRL7.1蛋白及其编码基因在调控植物根发育中的应用。通过实验证明：OsRL7.1基因突变可以影响水稻根系的正常发育，减少植物根长、根数和苗长。说明OsRL7.1基因具有调控水稻根长、根数和苗长的功能，可用于水稻根系性状的改良。
附图说明
图1为795份不同品种苗期根长水培鉴定及根长表型分布直方图。
图2为MLM模型下qMRL7.1 QTL区域内基因OsRL7.1的发掘。顶部Manhattan图中，大红色点代表位于OsRL7.1内的所有SNP位点；中间份红色点表示在根长性状高低池间存在显著差异的SNP位点；下方蓝色点代表连锁定位亲本存在差异的SNP位点。底部长方形表示注释基因，淡蓝色表示非候选基因，红色表示筛选后的候选基因OsRL7.1。
图3为T-DNA插入突变体系Ti-OsRL7.1表型鉴定和分子鉴定。
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。
下述实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
下述实施例中的营养液由溶剂和溶质组成，溶剂为水，溶质及其浓度如下：1.43mMNH4NO3，0.27mM NaH2PO4·2H2O，0.51mM K2SO4，1.0mM CaCl2，1.46mM MnSO4·7H2O，0.19mMNa2SiO3，9.5μM MnCl2·4H2O，7.5×10-2μM(NH4)6Mo7O24·4H2O，18.8μM H3BO3，0.15μMZnSO4·7H2O，0.16μM CuSO4·5H2O，35.6μM FeCl3·6H2O。
实施例1、水稻OsRL7.1的获得及其序列分析
一、水稻OsRL7.1的获得
以795份苗期栽培稻种质(包括506份籼稻和289份粳稻)为关联分析群体，对关联分析群体的基因型和根长表型进行分析和鉴定。具体步骤如下：
1、采用水培的方法对关联分析群体的根长进行表型鉴定
1)首先，用无菌水清洗种子后，置于32℃组培室内64h进行催芽。
2)每品种选择5颗出芽正常，生长势一致的种子移栽到纱布为底的泡沫板上(30cm×42cm)。每个泡沫板可种植22个品种(110株)，以及作为保护行的20株水稻，每两个泡沫板可置于同一个装满营养液的蓝色塑料盒中。
3)水稻生长过程中，每天两次调整pH值和营养液浓度，pH值保持在5.5左右，营养液每周更换，具体如图1a和1b所示。
4)利用Excel2010和IBM SPSS Statistics 22统计软件对795份栽培稻材料的根长表型数据进行统计分析。根长表型直方分布图如图1c所示。
2、采用MLM模型对根长性状进行全基因组关联分析
采用MLM模型对根长性状进行全基因组关联分析，然后结合连锁分析和高低筛选候选基因(图2)。最终获得OsRL7.1基因，该基因cDNA序列全长为2271bp，其核苷酸序列如序列1所示。OsRL7.1基因编码的OsRL7.1蛋白的氨基酸序列为序列2。
二、水稻OsRL7.1的结构分析
水稻根长基因OsRL7.1经MSU(http://rice.plantbiology.msu.edu/)网站预测编码含有WD、G-beta重复序列结构域的蛋白，含有22个外显子和21个内含子。
实施例2、水稻OsRL7.1突变体的获得及OsRL7.1的功能分析
一、水稻OsRL7.1突变体的获得及鉴定
1、水稻OsRL7.1突变体的获得
突变体Ti-OsRL7.1购自韩国突变体库(网址为：http://cbi.khu.ac.kr/RISD_DB.html)，产品目录号为PFG_3A-03803.R。OsRL7.1突变体经测序鉴定，T-DNA序列插入到OsRL7.1基因的启动子区。
2、水稻OsRL7.1突变体的PCR鉴定
在OsRL7.1基因上和T-DNA插入序列上设计引物对水稻OsRL7.1突变体进行鉴定。设计的引物如表1所示，其中LP和RP设计在基因上，RB设计在T-DNA插入序列的RB(rightborder)端。
表1、突变体系鉴定引物表
引物 序列
LP 5'GACGAGTCGAGACTGACACG
RP 5'CGCTAATAAGCCGTTATGGC
RB 5'TTGGGGTTTCTACAGGACGTAAC
以突变体Ti-OsRL7.1和野生型水稻品种东津(Dongjin)的基因组DNA为模板，采用引物LP和引物RP组成的引物对进行PCR扩增，均得到大小为1161bp的PCR扩增产物；采用引物RB和引物RP组成的引物对进行PCR扩增，以突变体Ti-OsRL7.1的基因组DNA为模板扩增得到大小为551bp的PCR扩增产物，以野生型水稻品种东津(Dongjin)的基因组DNA为模板，没有获得扩增产物(图3)。
二、水稻OsRL7.1的功能分析
用无菌水清洗突变体Ti-OsRL7.1及野生型水稻品种东津(Dongjin)种子，然后每个水稻品种取5粒置于MS固体培养基，光暗交替培养12d。然后分别对突变体Ti-OsRL7.1及野生型水稻品种东津(Dongjin)的根长(即每株水稻的最长根长)、根数和苗长进行检测，结果取平均值。
结果如表2和图3所示。从表1中可以看出：突变体系Ti-OsRL7.1的根长和苗长均显著少于野生型对照Dongjin，根数也比野生型对照少。表明OsRL7.1基因突变可以影响水稻根系的正常发育，OsRL7.1基因具有调控水稻根长发育的功能。
表2、突变体系Ti-OSRL7.1和野生型的表型鉴定
Figure GDA0003111846800000051
注：**表示差异显著。
序列表
<110>中国农业大学
<120>OsRL7.1蛋白在调控植物根发育中的应用
<160>2
<210>1
<211>2271bp
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>1
atggcgcagt accacctcag cgcgcagcta cgcggccacg aggatgacgt tcgtggcatt 60
tgtatctgtg gggatgctgg gattgcaaca tcctcaagag accggacagt gagattctgg 120
acacagcacc cagaaaagaa gcatgaatac gttctctcga agactcttgt tggacattcc 180
agttttgtgg gaccattggc ttggatccct ccttcagacc gctttcctga aggaggactt 240
gtttctggtg gaatggatac tcttgttttg ctctgggatt tgcataaagg agaggttgtt 300
gagactatga agggtcacac ttcacaagtt actggacttg ctgtagacaa caatggcgac 360
atcatctctt catccatgga ttgcactgta agacggtgga gaaatggcag tgtagtagag 420
gtttgggaag ctcacaaggt tgccgtgcaa actgttctga tgctgccatc tggagaacta 480
tttactggct caagtgattc cacaattaag ttttggaaag gaaggacatg tctacataca 540
ttcacaggac atgcagatac tgttcgatgt ttagcacaaa tgccagggct cgggatcctc 600
tctgcctcac atgatggcac tattaaggtg tgggcattaa ctggccagcc cctgttggag 660
atgattggac acacttctct tgtgtattct gtggacgcac attcatctgg ggtaattgtt 720
agtggcagtg aagatcgatc tgccaagata tggaaagatg ggatctgtgt tcaaagcatt 780
gaacacccag gttgcatatg gggtgctaaa ttcttggaaa acggagatat tgtaactgca 840
tgctctgatg gaatcgtgag gatatggaca actgacaata ataggttttg cagtgatgag 900
gagcttgcag cttttacaga tcttatttct cagtacatac ttagtagaaa gactgtcggt 960
ggattgaagt tgtcggatct accaggaatt gaggcactgc aagttccagg aaactctgat 1020
ggtcagacac tgattgttag agaaggggac aatggtgttg cttattcttg gaattcaaaa 1080
gagctaaaat gggacaaaat tggtgaagta gtggatggac ctggggatgc tgcagctgca 1140
ccaggccagt ttcatgatgg tgttcgttat gattttgttt ttaatgttga cattggagat 1200
ggagagccta tgcgaaagct accctataat cgatcagatg atccgtatgc agttgcggac 1260
aaatggctcc tgaaggagaa tctccctttg acatatcgcc aacaagtggt agaatttata 1320
ctacagaatt ctggccagaa taattttgtt ccagatccat cttttcggga cccctacact 1380
ggagctaatg catatgtacc tgggcaatca gcgtcttcaa ctgttagtgc tcctaaacca 1440
actttcaagc acataccaaa gaatggaatg ctgacatttg agacggctca gtttgaggga 1500
attcttaaga aactctctga attcaatgca acactttcat ctaatttgga acagaaggaa 1560
ctatctttgt ctgagatcga gttgtccaga ttagctgcca tagcaaaagt attgaaagaa 1620
acatcatttt atcatacaag taagcttgca gatgctgaca tgaccttgct gctgaaaatg 1680
ttgaagtctt ggcctacaca aatgatgttt ccagttattg attttctgag gatgtttgtg 1740
ttgcatcctg atggagccac tctacttctc aaggctattg aaagtggaaa tgatgtactt 1800
gccgagactt tccataaggt tgtaacgcca cctgtgcagc caccaaatgt gcttacaacc 1860
cttaaagcag ttactaactt atttgacaag ccatgcttgc accaatggtt gagaatccat 1920
ggcatggaga ttattgattc agtatcaagc tgtaagacaa cttttagcaa gaatgctcac 1980
ctggcatatt ccacacttct actcaattat gctgttcttt caatcgaatc aaaggatgaa 2040
caaagtcagg cacagatact ttctgctgcc cttgaaatcg ctgaagacga cacccaagtt 2100
gctgattcga aataccgggc ccttgttgca atcggctctc tcatgttgaa tggccttgtg 2160
aagtccattg ctcttgatct tgatgttaag agtgttgcga acaccgcaag agcttcaaag 2220
gactcgaaga tcgctgaagt tggagccgac atcgagcttc tgacaagatg a 2271
<210>2
<211>756
<212>PRT
<213>人工序列
<220>
<223>
<400>2
Met Ala Gln Tyr His Leu Ser Ala Gln Leu Arg Gly His Glu Asp Asp
1 5 10 15
Val Arg Gly Ile Cys Ile Cys Gly Asp Ala Gly Ile Ala Thr Ser Ser
20 25 30
Arg Asp Arg Thr Val Arg Phe Trp Thr Gln His Pro Glu Lys Lys His
35 40 45
Glu Tyr Val Leu Ser Lys Thr Leu Val Gly His Ser Ser Phe Val Gly
50 55 60
Pro Leu Ala Trp Ile Pro Pro Ser Asp Arg Phe Pro Glu Gly Gly Leu
65 70 75 80
Val Ser Gly Gly Met Asp Thr Leu Val Leu Leu Trp Asp Leu His Lys
85 90 95
Gly Glu Val Val Glu Thr Met Lys Gly His Thr Ser Gln Val Thr Gly
100 105 110
Leu Ala Val Asp Asn Asn Gly Asp Ile Ile Ser Ser Ser Met Asp Cys
115 120 125
Thr Val Arg Arg Trp Arg Asn Gly Ser Val Val Glu Val Trp Glu Ala
130 135 140
His Lys Val Ala Val Gln Thr Val Leu Met Leu Pro Ser Gly Glu Leu
145 150 155 160
Phe Thr Gly Ser Ser Asp Ser Thr Ile Lys Phe Trp Lys Gly Arg Thr
165 170 175
Cys Leu His Thr Phe Thr Gly His Ala Asp Thr Val Arg Cys Leu Ala
180 185 190
Gln Met Pro Gly Leu Gly Ile Leu Ser Ala Ser His Asp Gly Thr Ile
195 200 205
Lys Val Trp Ala Leu Thr Gly Gln Pro Leu Leu Glu Met Ile Gly His
210 215 220
Thr Ser Leu Val Tyr Ser Val Asp Ala His Ser Ser Gly Val Ile Val
225 230 235 240
Ser Gly Ser Glu Asp Arg Ser Ala Lys Ile Trp Lys Asp Gly Ile Cys
245 250 255
Val Gln Ser Ile Glu His Pro Gly Cys Ile Trp Gly Ala Lys Phe Leu
260 265 270
Glu Asn Gly Asp Ile Val Thr Ala Cys Ser Asp Gly Ile Val Arg Ile
275 280 285
Trp Thr Thr Asp Asn Asn Arg Phe Cys Ser Asp Glu Glu Leu Ala Ala
290 295 300
Phe Thr Asp Leu Ile Ser Gln Tyr Ile Leu Ser Arg Lys Thr Val Gly
305 310 315 320
Gly Leu Lys Leu Ser Asp Leu Pro Gly Ile Glu Ala Leu Gln Val Pro
325 330 335
Gly Asn Ser Asp Gly Gln Thr Leu Ile Val Arg Glu Gly Asp Asn Gly
340 345 350
Val Ala Tyr Ser Trp Asn Ser Lys Glu Leu Lys Trp Asp Lys Ile Gly
355 360 365
Glu Val Val Asp Gly Pro Gly Asp Ala Ala Ala Ala Pro Gly Gln Phe
370 375 380
His Asp Gly Val Arg Tyr Asp Phe Val Phe Asn Val Asp Ile Gly Asp
385 390 395 400
Gly Glu Pro Met Arg Lys Leu Pro Tyr Asn Arg Ser Asp Asp Pro Tyr
405 410 415
Ala Val Ala Asp Lys Trp Leu Leu Lys Glu Asn Leu Pro Leu Thr Tyr
420 425 430
Arg Gln Gln Val Val Glu Phe Ile Leu Gln Asn Ser Gly Gln Asn Asn
435 440 445
Phe Val Pro Asp Pro Ser Phe Arg Asp Pro Tyr Thr Gly Ala Asn Ala
450 455 460
Tyr Val Pro Gly Gln Ser Ala Ser Ser Thr Val Ser Ala Pro Lys Pro
465 470 475 480
Thr Phe Lys His Ile Pro Lys Asn Gly Met Leu Thr Phe Glu Thr Ala
485 490 495
Gln Phe Glu Gly Ile Leu Lys Lys Leu Ser Glu Phe Asn Ala Thr Leu
500 505 510
Ser Ser Asn Leu Glu Gln Lys Glu Leu Ser Leu Ser Glu Ile Glu Leu
515 520 525
Ser Arg Leu Ala Ala Ile Ala Lys Val Leu Lys Glu Thr Ser Phe Tyr
530 535 540
His Thr Ser Lys Leu Ala Asp Ala Asp Met Thr Leu Leu Leu Lys Met
545 550 555 560
Leu Lys Ser Trp Pro Thr Gln Met Met Phe Pro Val Ile Asp Phe Leu
565 570 575
Arg Met Phe Val Leu His Pro Asp Gly Ala Thr Leu Leu Leu Lys Ala
580 585 590
Ile Glu Ser Gly Asn Asp Val Leu Ala Glu Thr Phe His Lys Val Val
595 600 605
Thr Pro Pro Val Gln Pro Pro Asn Val Leu Thr Thr Leu Lys Ala Val
610 615 620
Thr Asn Leu Phe Asp Lys Pro Cys Leu His Gln Trp Leu Arg Ile His
625 630 635 640
Gly Met Glu Ile Ile Asp Ser Val Ser Ser Cys Lys Thr Thr Phe Ser
645 650 655
Lys Asn Ala His Leu Ala Tyr Ser Thr Leu Leu Leu Asn Tyr Ala Val
660 665 670
Leu Ser Ile Glu Ser Lys Asp Glu Gln Ser Gln Ala Gln Ile Leu Ser
675 680 685
Ala Ala Leu Glu Ile Ala Glu Asp Asp Thr Gln Val Ala Asp Ser Lys
690 695 700
Tyr Arg Ala Leu Val Ala Ile Gly Ser Leu Met Leu Asn Gly Leu Val
705 710 715 720
Lys Ser Ile Ala Leu Asp Leu Asp Val Lys Ser Val Ala Asn Thr Ala
725 730 735
Arg Ala Ser Lys Asp Ser Lys Ile Ala Glu Val Gly Ala Asp Ile Glu
740 745 750
Leu Leu Thr Arg
755

Claims (1)

1.一种培育根长减少和/或根数减少和/或苗长减少的水稻的方法，包括降低水稻中蛋白质的含量，从而减小水稻的根长和/或根数和/或苗长；
所述蛋白质为如下a)或b)：
a)氨基酸序列是序列2所示的蛋白质；
b)在序列2所示的蛋白质的N端和/或C端连接标签得到的融合蛋白质。
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Identification and molecular cloning Moplaa gene, a homologue of Homo sapiens PLAA, in Magnaporthe oryzae;Xiao-Hong Liu等;《Microbiological Research》;20111231;第167卷;第8-13页 *

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