一種ZmLAX3蛋白及其編碼基因與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及植物基因工程技術領域，尤其涉及一種ZmLAX3蛋白及其編碼基因與 應用。
【背景技術】
[0002] 隨著世界經濟高速增長，玉米作為集糧食、飼料、工業加工等多種用途于一身的重 要作物，全球需求量劇增。中國是世界玉米生產大國，提高玉米產量成為我國玉米產業亟需 解決的問題，也是農業生產和社會經濟的迫切需要。
[0003] 產量性狀是玉米的重要農藝性狀之一，為多基因控制的數量性狀，基因間存在復 雜的相互作用，基因表達易受環境影響，表現為性狀的連續變異，遺傳基礎十分復雜。玉米 產量性狀是穗行數、行粒數、粒重等多個農藝性狀綜合作用的結果，這些性狀相互作用、相 互影響。
[0004] 目前玉米產量性狀的研宄主要集中于QTL(quantitative trait locus)分子 標記的開發，并以此作為輔助育種手段。許多學者在玉米產量性狀及其遺傳基礎方面做 了大量的卓有成效的研宄工作，定位出大量與產量性狀相關的QTL。雖然在玉米產量和 產量構成性狀上已定位若干個QTL位點（石云素，玉米重要自交系遺傳多樣性分析及產 量相關性狀 QTL 研宄，2008 ;Toledo et al.，Genet. Mol. Res.，2011，10, 2133-2139 ;Lu et al.，J Integr. Plant Biol.，2006,48, 1233 - 1243;. Veldboom et al.，Theor Appl Genet, 1994, 89, 451-458)，但這些QTL很少在不同種質（溫帶種質和熱帶種質）中被共同 檢測到，而且與環境之間有顯著互作，環境之間穩定的QTL很少，對分子標記輔助選擇的通 用性增加了挑戰（Luna et al.，Mol Breed, 2006, 17, 227-239)。穗行數是一個與產量相 關的重要性狀，關于穗行數的研宄也主要集中于QTL位點的開發（Li et al.，Genet.Mol. Res.，2014, 13, 1707-1716 ;Zhang et al.，Theor Appl Genet, 2013, 126, 1545-1453 ;)。在 與穗行數相關基因的研宄工作中，僅有Bomment等（Nat. Genet.，2013, 45, 334-337)在玉米 中發現FEA2基因能夠使花序分生組織增大，并提高穗行數，具有提高玉米產量的潛力。
[0005] LAX3基因是編碼生長素輸入載體蛋白的基因，表達部位主要集中在根和中空的 維管組織中（Swarup et al.，Biochem Soc T.，2000, 28, 481-485)。LAX3 載體運輸蛋白屬 于多基因家族AUX/LAX家族，具有功能保守性和生長素吸收轉運功能。
【發明內容】
[0006] 本發明一個目的是提供ZmLAX3蛋白及其編碼基因。
[0007] 本發明提供的蛋白，命名為ZmLAX3,是如下1)或2):
[0008] 1)序列表中序列2所不的蛋白質；
[0009] 2)將序列表中序列2所示的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或 缺失和/或添加且具有相同功能由序列2衍生的蛋白質。
[0010] 上述一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加為不超過10個氨基酸 殘基的取代和/或缺失和/或添加。
[0011] 編碼上述蛋白質的DNA分子也是本發明保護的范圍。
[0012] 上述DNA分子是如下1)-4)中任一種的DNA分子：
[0013] 1)編碼區為序列表中序列1所示的DNA分子；
[0014] 2)編碼區為序列表中序列3所示的DNA分子；
[0015] 2)在嚴格條件下與1)限定的DNA序列雜交且編碼具有相同功能蛋白質的DNA分 子；
[0016] 3)與1)限定的DNA序列至少具有70%、至少具有75%、至少具有80%、至少具有 85%、至少具有90%、至少具有95%、至少具有96%、至少具有97%、至少具有98 %或至少 具有99%同源性且編碼具有相同功能蛋白質的DNA分子。
[0017] 上述嚴格條件可為在6XSSC，0. 5%SDS的溶液中，在65°C下雜交，然后用2XSSC， 0? 1 % SDS 和 1 X SSC，0? 1 % SDS 各洗膜一次。
[0018] 含有上述DNA分子的重組載體、表達盒、轉基因細胞系或重組菌也是本發明保護 的范圍。
[0019] 轉基因細胞不包括植物繁殖材料。
[0020] 上述重組載體為將上述DNA分子插入表達載體中，得到表達上述蛋白的重組載 體。
[0021] 在本發明的實施例中，所述表達載體為pZP211: : UBI。
[0022] 上述重組載體為將序列表中序列3所示的ZmLAX3基因替換pZP211::UBI表達載 體的BamHI和Sac I酶切識別位點間的DNA片段得到的載體，表達ZmLAX3因，將該陽性質 粒命名為 PZP211 UBI::ZmLAX3。
[0023] 擴增上述DNA分子全長或其任意片段的引物對也是本發明保護的范圍。
[0024] 上述引物對具體為如下：
[0025] 上游引物：5' -ATGGATCCTCATCGGCTGGGCGTGGTCT-3' 如序列 4 所示；
[0026] 下游引物：5' -ATGAGCTCTGTCAGGCTCAGGCAGGGTC-3,如序列 5 所示；
[0027] 上述蛋白、上述DNA分子或上述重組載體、表達盒、轉基因細胞系或重組菌在改良 植物株型和/或改良果穗性狀中的應用也是本發明保護的范圍；
[0028] 所述改良植物株型具體體現在提尚株尚、提尚糖位葉面積、減小糖位葉夾角、提尚 雄穗長度；
[0029] 所述穗位葉面積進一步具體為穗上葉面積、穗部葉面積和/或穗下葉面積；
[0030] 所述穗位葉夾角進一步具體為穗上葉夾角、穗部葉夾角和/或穗部葉夾角；
[0031] 所述改良果穗性狀具體體現在提高果穗穗長、減小果穗穗粗、減小果穗穗行數、提 高果穗行粒數、增加籽粒粒寬和/或增加籽粒粒厚。
[0032] 所述植物為單子葉植物或雙子葉植物，所述單子葉植物為玉米。
[0033] 本發明另一個目的是提供一種培育轉基因植物的方法。
[0034] 本發明提供的方法，為將編碼上述蛋白的DNA分子導入目的植物，獲得轉基因植 物，
[0035] 所述轉基因植物具有如下1-10)中至少一種特征：
[0036] 1)所述轉基因植物的株高大于所述目的植物的株高；
[0037] 2)所述轉基因植物的穗位葉面積大于所述目的植物的穗位葉面積；
[0038] 所述穗位葉面積具體為穗上葉面積、穗部葉面積和/或穗下葉面積；
[0039] 3)所述轉基因植物的穗位葉夾角小于所述目的植物的穗位葉夾角；
[0040] 所述穗位葉夾角具體為穗上葉夾角和/或穗部葉夾角；
[0041] 4)所述轉基因植物的雄穗長度大于所述目的植物的雄穗長度；
[0042] 5)所述轉基因植物的果穗穗長大于所述目的植物的果穗穗長；
[0043] 6)所述轉基因植物的果穗穗粗小于所述目的植物的果穗穗粗；
[0044] 7)所述轉基因植物的果穗穗行數小于所述目的植物的果穗穗行數；
[0045] 8)所述轉基因植物的果穗行粒數大于所述目的植物的果穗行粒數；
[0046] 9)所述轉基因植物的籽粒粒寬大于所述目的植物的果穗行粒數；
[0047] 10)所述轉基因植物的籽粒粒厚大于所述目的植物的籽粒粒厚。
[0048] 上述方法中，所述上述蛋白的DNA分子通過上述的重組載體導入目的植物。
[0049] 所述目的植物為單子葉植物或雙子葉植物，所述單子葉植物為玉米。
[0050] 本發明的實驗證明，本發明首次提供了一種用于改良玉米株型和穗部性狀的基 因，命名為ZmLAX3，利用包含該ZmLAX3基因的全長片段的DNA序列構建過表達載體，然后將 ZmLAX3基因過表達載體導入農桿菌菌株，并用農桿菌介導法侵染玉米幼胚，建立了轉基因 玉米株系。發明人進一步培育后將轉基因玉米株系與野生型植株進行比較，發現利用該基 因所得的轉基因農作物具有株型和穗部性狀改變等表型，該轉基因陽性植株應用于生產， 改良株型和穗部性狀等重要農藝性狀，用于提高作物的產量和品質，具有重要的經濟價值 和社會效益。