一種提高植物根毛生成能力的蛋白及其編碼基因與應用
【技術領域】
[0001] 本發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用，屬于生物技 術領域。
【背景技術】
[0002] 根系是植物從外界吸收水分、養分的主要器官。環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、分生區、伸長區、根毛區（成熟 區）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 在土壤中的穩定性、根與微生物的互作及根對土壤營養的吸收。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分，從而 增加作物的產量。
[0003] 近年來，國內外學者從各個角度對根毛的生長和發育的生理機制和分子機制進行 了深入的研宄，已經篩選和積累了大量與根毛生長和發育相關的突變體。與根毛的極性延 伸有關的突變體有lrxl，rhsll和rhd2等，表現為根毛長度的變短（Dietetal.，2006;w〇n etal.，2009);與根毛細胞命運決定有關的突變體有cpc，ttg，gl2,wer和rhd6等。這些 突變體表現為根毛密度的增大或者根毛數目的明顯減少（Tominagaetal.，2007;Wonet al.，2009;Songetal.，2011)。這些突變體為研宄根毛生長和發育的分子機制提供了很好 的材料，并為構建調控根毛形成的信號網絡提供了重要的信息（Bruexetal.，2012)。闡明 調控根毛生長和發育的分子機制不僅有助于我們深入了解植物細胞發育分化的規律，而且 能更好的服務于生產實踐。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是如何培育具有較長和較密根毛的植物，進而提高植 物吸收土壤養分的能力。
[0005] 為了解決以上技術問題，本發明提供一種促進植物根毛生長和/或發育的方法， 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/或發育；
[0006] 所述促進植物根毛生長和/或發育體現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：
[0008] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白質；
[0009]b)將SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列經過取代和/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/或發育的蛋白質。
[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：
[0020] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白質；
[0021] b)將SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列經過取代和/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/或發育的蛋白質；
[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] 為了解決以上技術問題，本發明還提供一種蛋白質，是如下a)或b)的蛋白質：
[0026] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白質；
[0027] b)將SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列經過取代和/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/或發育的蛋白質。
[0028] 為了解決以上技術問題，本發明還提供與所述蛋白質相關的生物材料，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)所述核酸分子的轉基因植物細胞系；
[0038] B10)含有B2)所述表達盒的轉基因植物細胞系；
[0039] B11)含有B3)所述重組載體的轉基因植物細胞系；
[0040]B12)含有B4)所述重組載體的轉基因植物細胞系；
[0041] B13)含有B1)所述核酸分子的轉基因植物組織；
[0042] B14)含有B2)所述表達盒的轉基因植物組織；
[0043] B15)含有B3)所述重組載體的轉基因植物組織；
[0044] B16)含有B4)所述重組載體的轉基因植物組織；
[0045] B17)含有B1)所述核酸分子的轉基因植物器官；
[0046] B18)含有B2)所述表達盒的轉基因植物器官；
[0047] B19)含有B3)所述重組載體的轉基因植物器官；
[0048] B20)含有B4)所述重組載體的轉基因植物器官。
[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 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 所述蛋白質的DNA分子或cDNA分子。
[0054] 為了解決以上技術問題，本發明還提供上述蛋白質和/或上述生物材料在調控植 物根毛生長和/或發育中的應用；
[0055] 所述調控植物根毛生長和/或發育具體為促進植物根毛生長和/或發育，體現為 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、生物材料或應用中，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，因而在進行轉基因 植物構建時具有更多的選擇余地。本發明為利用基因工程手段培育高效吸收土壤養分的農 作物新品種提供基因資源，可用于培育高效吸收土壤養分的農作物新品種。
【附圖說明】
[0058] 圖1為Columbia-0生態型擬南芥（野生型擬南芥）和突變體erh的根毛形態和 根毛長度、密度的測量。
[0059] 圖2為Columbia-0生態型擬南芥（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蛋白序列的比對結果。
[0061] 圖4為遺傳互補實驗中轉基因擬南芥的幼苗形態結果和主根根尖的根毛形態。
[0062] 圖5為35S::mAtERSlgDNA轉基因擬南芥的主根根尖的根毛形態和根毛長度、密 度的測量。
[0063] 以上各圖中，野生型代表Columb