本发明专利技术公开了玉米生长应答因子ZmARF21基因及其应用。本发明专利技术首先提供了从玉米两个自交系Ye478和Wu312中克隆得到的ZmARF21基因，其核苷酸序列为SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2所示。本发明专利技术进一步将上述ZmARF21基因转入到拟南芥中进行功能验证，结果表明，超表达ZmARF21基因能调控转基因拟南芥主根生长，其中，Ye478‑ZmARF21基因能显著提高拟南芥在低氮胁迫下根生长的能力。本发明专利技术分离的ZmARF21基因是调控根系发育的QTL，可提高植物抗低氮胁迫的能力，在培育抗低氮胁迫的转基因植物新品种等方面有重要应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及玉米生长素应答因子ZmARF21基因，尤其涉及玉米生长素应答因子ZmARF21基因编码序列，进一步涉及它们在低氮胁迫下提高植物根生长能力的应用，属于生长素应答因子基因及其应用领域。
技术介绍
氮是植物生长所必需的大量营养元素之一，是植物体内含量最丰富的矿质元素，是生物体内多种有机分子的组成元素。植物对氮素的缺乏可导致植物生长缓慢，产量和品质下降。玉米是高需氮作物，氮的吸收利用效率与玉米的产量直接相关。发达的根系是植物高效吸收水分以及营养元素的重要生理基础之一，因此，在影响玉米氮效率的诸多因素中，根系性状与玉米的吸氮能力密切相关。氮对于根系生长的影响可能与根中生长素有关。生长素是一种重要的促进侧根(LR)形成的植物激素，Aux/IAAs和ARFs作为介导生长素信号的转录因子家族，是侧根(LR)形成所必需的。生长素应答因子(Auxin response factor,ARF)，在生长素信号传导途径中起着重要的作用，影响植物生长的多个过程，包括细胞伸长、顶端优势、衰老以及调控植物根系的生长发育等。正反向遗传学分析已经证明侧根的形成需要ARF基因，例如在拟南芥中，ARF7和ARF19作为转录激活子对靶基因激活对侧根的起始发育是必要的，miR160靶向导入ARF10、ARF16和ARF17负调控侧根的形成。因此，研究生长素应答因子家族基因是否在硝酸盐介导的调控根系生长途径中发挥作用，并应用于调控植物氮胁迫下根的生长能力具有重要的科学意义。
技术实现思路
本专利技术目的之一是提供玉米生长素应答因子ZmARF21基因的编码序列及其所编码的蛋白；本专利技术目的之二是提供含有上述ZmARF21基因的重组植物表达载体以及含有该表达载体的宿主细胞。本专利技术目的之三是将所述ZmARF21基因应用于提高或改善植物在低氮胁迫下根生长能力的转基因植物新品种。本专利技术为达到以上目的，所采取的技术方案为：本专利技术通过设计相应引物，从两个玉米自交系Ye478和Wu312中克隆ARF21基因DNA和RNA序列，序列进行比对结果显示：ZmARF21在两个玉米自交系中存在插入缺失变异，与B73(其核苷酸序列为SEQ ID NO.3所示)相比，ARF21基因序列在Ye478和Wu312中存在5个SNP位点和2段插入缺失突变；与Ye478-ZmARF21(其核苷酸序列为SEQ ID NO.1所示)相比，Wu312-ZmARF21(其核苷酸序列为SEQ ID NO.2所示)在762-773处缺失12bp碱基序列；Ye478-ZmARF21相对于Wu312-ZmARF21在1916-1921处缺失6bp碱基序列。进一步对ZmARF21基因在两个玉米自交系中进行不同浓度的NO3-处理，结果显示：在根系发达的Ye478根中，ZmARF21被0.04mmol/L、0.4mmol/L低氮浓度显著抑制，但在Wu312中对低氮无应答。本专利技术进一步提高了所述本专利技术玉米生长素应答因子ZmARF21基因所编码的蛋白，其氨基酸序列为SEQ ID NO.4或SEQ ID NO.5所示。本专利技术还提供了含有所述玉米生长素应答因子ZmARF21基因的重组植物表达载体以及含有该重组植物表达载体的宿主细胞。本专利技术为研究ZmARF21基因是否在玉米根系应答到硝酸盐途径中发挥作用，以野生型为对照，分析在正常生长条件下转Wu312-ZmARF21与Ye478-ZmARF21基因拟南芥根系指标差异显示：转Ye478-ZmARF21拟南芥主根长与野生型相比存在极显著差异(P<0.01)，转Wu312-ZmARF21拟南芥与野生型相比存在显著差异(P<0.05)，推测超表达ZmARF21基因调控转基因拟南芥主根生长，来自不同自交系的ZmARF21基因存在功能上的差异；另外，分析生长两周后的转ZmARF21基因拟南芥在不同浓度NO3-处理下主根长差异显示：Wu312-ZmARF21转基因拟南芥在不同氮浓度下主根长变化与野生型一致，而Ye478-ZmARF21基因提高转基因拟南芥在低氮胁迫下根生长能力。鉴于来自两个不同于米自交系中ZmARF21基因存在功能上的差异，利用分子遗传学方法进一步分析ZmARF21基因是否是与根系性状相关的QTL。首先确定了ZmARF21落在6号染色体的与玉米根系(包括节根、侧根和主根)生长发育相关的umc1006标记区域。进一步对ZmARF21基因是否是调控根系发育的QTL进行鉴定，结果显示ZmARF21在Ye478中是一个与根系性状、氮应答相关的QTL。由此，本专利技术提供了一种低氮胁迫下提高植物根生长能力的方法，包括：将本专利技术ZmARF21基因引入到目标植物或植物细胞中，能够有效提高低氮胁迫下目标植物根生长能力。本专利技术还提供了一种培育低氮胁迫下提高根生长能力的转基因植物新品种的方法，其特征在于，包括：(1)构建含有所述ZmARF21基因的重组植物表达载体；(2)将所构建的重组植物表达载体转化到植物组织或植物细胞中；(3)培育筛选得到低氮胁迫下根生长能力提高的转基因植物新品种。本专利技术技术方案与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术克隆的Ye478-ZmARF21和Wu312-ZmARF21基因可调控植物根生长能力，其中Ye478-ZmARF21基因可显著提高转基因拟南芥在低氮胁迫下根生长能力，对于提高低氮胁迫下植物主根生长以及培育在低氮胁迫下根生长能力提高的转基因植物新品种有重要意义。本专利技术所涉及的术语定义除非另外定义，否则本文所用的所有技术及科学术语都具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常所了解相同的含义。术语“生长素应答因子”意指调节生长素响应基因表达的一类转录因子。术语“重组宿主细胞”或“宿主细胞”意指包括外源性多核苷酸的细胞，而不管使用何种方法进行插入以产生重组宿主细胞，例如直接摄取、转导、f配对或所属领域中已知的其他方法。外源性多核苷酸可保持为例如质粒的非整合载体或者可整合入宿主基因组中。术语“多核苷酸”或“核苷酸”意指单股或双股形式的脱氧核糖核苷酸、脱氧核糖核苷、核糖核苷或核糖核苷酸及其聚合物。除非特定限制，否则所述术语涵盖含有天然核苷酸的已知类似物的核酸，所述类似物具有类似于参考核酸的结合特性并以类似于天然产生的核苷酸的方式进行代谢。除非另外特定限制，否则所述术语也意指寡核苷酸类似物，其包括PNA(肽核酸)、在反义技术中所用的DNA类似物(硫代磷酸酯、磷酰胺酸酯等等)。除非另外指定，否则特定核酸序列也隐含地涵盖其保守修饰的变异体(包括(但不限于)简并密码子取代)和互补序列以及明确指定的序列。特定而言，可通过产生其中一个或一个以上所选(或所有)密码子的第3位经混合碱基和/或脱氧肌苷残基取代的序列来实现简并密码子取代(Batzer等人,Nucleic Acid Res.19:5081(1991)；Ohtsuka等人,J.Biol.Chem.260:2605-2608(1985)；和Cassol等人,(1992)；Rossolini等人,Mol Cell.Probes8:91-98(1994))。术语“表达”指外源基因在宿主细胞中的转录和/或翻译。术语“转化”指将外源基因引入到宿主细胞中的方法。术语“外源基因”指对特定的宿主细胞而言，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
玉米生长素应答因子ZmARF21基因，其特征在于：其核苷酸序列为SEQ ID NO.1或SEQ ID NO.2所示。
【技术特征摘要】
1.玉米生长素应答因子ZmARF21基因，其特征在于：其核苷酸序列为SEQ ID NO.1或SEQ ID NO.2所示。2.权利要求1所述玉米生长素应答因子ZmARF21基因所编码的蛋白，其特征在于：其氨基酸序列分别为SEQ ID NO.4或SEQ ID NO.5所示。3.含有权利要求1所述玉米生长素应答因子ZmARF21基因的重组表达载体。4.根据权利要求3所述的重组表达载体，其特征在于：所述重组表达载体是重组植物表达载体。5.含有权利要求3或4所述重组表达载体的重组宿主细胞。6.权利要求1所述的玉米生长素应答因子ZmARF21基因或权利要求2所述的蛋白在调控植物根系发育中的应用。7.权利要求1所述的玉米生长素应答因子ZmARF21基因或权利要求2所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊英，陈范骏，
申请(专利权)人：中国农业科学院生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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