一種提高植物根毛生成能力的蛋白及其編碼基因與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高植物根毛生成能力的蛋白及其編碼基因與應(yīng)用，屬于生物技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 根系是植物從外界吸收水分、養(yǎng)分的主要器官。環(huán)境條件和栽培措施大多是首先 通過影響根系進而影響到植株地上部分。根主要由根冠區(qū)、分生區(qū)、伸長區(qū)、根毛區(qū)（成熟 區(qū)）組成。根毛作為植物根系的重要組成部分，是靠近根尖特異表皮細胞外伸形成的單細 胞、管狀突出物。成熟根毛的平均直徑一般為7-10ym，長度可生長到1mm以上。根毛作為 植物根與土壤的直接接觸細胞，增大了植物根表皮細胞與土壤的接觸面積，有助于提高根 在土壤中的穩(wěn)定性、根與微生物的互作及根對土壤營養(yǎng)的吸收。根毛的表面積約占植物根 系總表面積的70 %，是根系吸收水分和養(yǎng)分最活躍的組織，并且是植物根系感受外界信號 的重要組成部分。研宄表明，具有較長和較密根毛的植物能更有效地吸收水分和養(yǎng)分，從而 增加作物的產(chǎn)量。
[0003] 近年來，國內(nèi)外學(xué)者從各個角度對根毛的生長和發(fā)育的生理機制和分子機制進行 了深入的研宄，已經(jīng)篩選和積累了大量與根毛生長和發(fā)育相關(guān)的突變體。與根毛的極性延 伸有關(guān)的突變體有l(wèi)rxl，rhsll和rhd2等，表現(xiàn)為根毛長度的變短（Dietetal.，2006;w〇n etal.，2009);與根毛細胞命運決定有關(guān)的突變體有cpc，ttg，gl2,wer和rhd6等。這些 突變體表現(xiàn)為根毛密度的增大或者根毛數(shù)目的明顯減少（Tominagaetal.，2007;Wonet al.，2009;Songetal.，2011)。這些突變體為研宄根毛生長和發(fā)育的分子機制提供了很好 的材料，并為構(gòu)建調(diào)控根毛形成的信號網(wǎng)絡(luò)提供了重要的信息（Bruexetal.，2012)。闡明 調(diào)控根毛生長和發(fā)育的分子機制不僅有助于我們深入了解植物細胞發(fā)育分化的規(guī)律，而且 能更好的服務(wù)于生產(chǎn)實踐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何培育具有較長和較密根毛的植物，進而提高植 物吸收土壤養(yǎng)分的能力。
[0005] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種促進植物根毛生長和/或發(fā)育的方法， 包括在植物中表達突變的乙烯受體，以促進植物根毛生長和/或發(fā)育；
[0006] 所述促進植物根毛生長和/或發(fā)育體現(xiàn)為植物的根毛長度增長和/或根毛密度提 尚。
[0007] 上述方法中，所述突變的乙烯受體為如下a)或b)所示的蛋白質(zhì)：
[0008] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白質(zhì)；
[0009]b)將SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列經(jīng)過取代和/或缺失和/或添加一個 或幾個氨基酸殘基得到的促進植物根毛生長和/或發(fā)育的蛋白質(zhì)。
[0010] 上述任一所述的方法中，所述在植物中表達突變的乙烯受體的方法為在所述植物 中導(dǎo)入所述突變的乙烯受體的基因；
[0011] 所述突變的乙烯受體的基因具體是通過重組表達載體導(dǎo)入的，所述重組表達載體 是將所述突變的乙烯受體的基因替換出發(fā)載體PZH01的多克隆位點間序列，PZH01的其余 序列保持不變得到的，再具體為將所述突變的乙烯受體的基因替換PZH01的CaMV35S啟動 子后的BamHI和SacI識別位點間序列，pZHOl的其余序列保持不變得到的；
[0012] 所述CaMV35S啟動子為花椰菜花葉病毒（CaMV) 35S啟動子。
[0013] 上述任一所述的方法中，所述突變的乙烯受體的基因的序列如SEQIDNo. 4所 示；
[0014] 所述突變的乙烯受體的編碼序列如SEQIDNo. 11所示。
[0015] 上述任一所述的方法中，所述在植物中表達突變的乙烯受體的方法為將所述植物 的乙烯受體的基因進行突變。
[0016] 上述方法中，所述乙烯受體為SEQIDNo. 2所示的蛋白；
[0017] 所述乙烯受體的編碼序列如SEQIDNo. 10所示；
[0018] 所述乙烯受體的基因的序列如SEQIDNo. 1中第2033位至第4925位所示。
[0019] 上述任一所述的方法中，所述將所述植物的乙烯受體的基因進行突變得到所述突 變的乙烯受體的基因，所述突變的乙烯受體為如下a)或b)的蛋白質(zhì)：
[0020] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白質(zhì)；
[0021] b)將SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列經(jīng)過取代和/或缺失和/或添加一個 或幾個氨基酸殘基得到的促進植物根毛生長和/或發(fā)育的蛋白質(zhì)；
[0022] 所述乙烯受體具體為SEQIDNo. 2所示的蛋白；
[0023] 所述乙烯受體的基因的序列具體如SEQIDNo. 1中第2033位至第4925位所示；
[0024] 所述突變的乙稀受體的基因的序列具體如SEQIDNo. 4所示。
[0025] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種蛋白質(zhì)，是如下a)或b)的蛋白質(zhì)：
[0026] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白質(zhì)；
[0027] b)將SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列經(jīng)過取代和/或缺失和/或添加一個 或幾個氨基酸殘基得到的促進植物根毛生長和/或發(fā)育的蛋白質(zhì)。
[0028] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明還提供與所述蛋白質(zhì)相關(guān)的生物材料，為下述B1) 至B20)中的任一種：
[0029] B1)編碼所述蛋白質(zhì)的核酸分子；
[0030] B2)含有B1)所述核酸分子的表達盒；
[0031] B3)含有B1)所述核酸分子的重組載體；
[0032] B4)含有B2)所述表達盒的重組載體；
[0033] B5)含有B1)所述核酸分子的重組微生物；
[0034] B6)含有B2)所述表達盒的重組微生物；
[0035] B7)含有B3)所述重組載體的重組微生物；
[0036] B8)含有B4)所述重組載體的重組微生物；
[0037] B9)含有B1)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物細胞系；
[0038] B10)含有B2)所述表達盒的轉(zhuǎn)基因植物細胞系；
[0039] B11)含有B3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物細胞系；
[0040]B12)含有B4)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物細胞系；
[0041] B13)含有B1)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0042] B14)含有B2)所述表達盒的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0043] B15)含有B3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0044] B16)含有B4)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0045] B17)含有B1)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0046] B18)含有B2)所述表達盒的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0047] B19)含有B3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0048] B20)含有B4)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物器官。
[0049] 所述核酸分子具體為如下1)或2)或3)或4)所示的基因：
[0050] 1)SEQIDNo. 4 所示的DNA分子或cDNA分子；
[0051] 2)SEQIDNo. 11 所示的DNA分子或cDNA分子；
[0052] 3)在嚴格條件下與1)或2)限定的DNA分子或cDNA分子雜交且編碼所述蛋白質(zhì) 的DNA分子或cDNA分子；
[0053] 4)與1)或2)或3)限定的DNA分子或cDNA分子具有90%以上的同一性且編碼 所述蛋白質(zhì)的DNA分子或cDNA分子。
[0054] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明還提供上述蛋白質(zhì)和/或上述生物材料在調(diào)控植 物根毛生長和/或發(fā)育中的應(yīng)用；
[0055] 所述調(diào)控植物根毛生長和/或發(fā)育具體為促進植物根毛生長和/或發(fā)育，體現(xiàn)為 植物的根毛長度增長和/或根毛密度提高；
[0056] 上述任一所述的方法、蛋白質(zhì)、生物材料或應(yīng)用中，所述植物或目的植物可為雙子 葉植物或單子葉植物，具體可為十字花科植物，如擬南芥。
[0057] 本發(fā)明證明將突變的植物激素乙烯的受體基因進行過表達，可以顯著提高植物根 毛長度和密度，同時并未改變植物的其他農(nóng)藝性狀。另外，由于植物激素乙烯的受體基因直 接來源于植物，因而在生物安全方面具有較小的風(fēng)險性。最后，由于植物激素乙烯的受體基 因在其他各種重要農(nóng)作物如水稻，玉米，小麥，大豆等中都有同源基因，因而在進行轉(zhuǎn)基因 植物構(gòu)建時具有更多的選擇余地。本發(fā)明為利用基因工程手段培育高效吸收土壤養(yǎng)分的農(nóng) 作物新品種提供基因資源，可用于培育高效吸收土壤養(yǎng)分的農(nóng)作物新品種。
【附圖說明】
[0058] 圖1為Columbia-0生態(tài)型擬南芥（野生型擬南芥）和突變體erh的根毛形態(tài)和 根毛長度、密度的測量。
[0059] 圖2為Columbia-0生態(tài)型擬南芥（野生型擬南芥）和突變體erh植株表型。
[0060] 圖3為AtERSl基因的突變位點和不同物種中ERS1蛋白序列的比對結(jié)果。
[0061] 圖4為遺傳互補實驗中轉(zhuǎn)基因擬南芥的幼苗形態(tài)結(jié)果和主根根尖的根毛形態(tài)。
[0062] 圖5為35S::mAtERSlgDNA轉(zhuǎn)基因擬南芥的主根根尖的根毛形態(tài)和根毛長度、密 度的測量。
[0063] 以上各圖中，野生型代表Columb