本发明专利技术涉及作物遗传育种领域，特别是指一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2‑1基因及其应用。本发明专利技术利用过表达技术促使玉米内源ZmCLA2‑1基因的表达，引起叶枕部位远轴端支持组织发达，木质化程度高，厚壁细胞的层数较多，细胞较小而多，维管束增大，导致叶夹角减小。具体的说就是将ZmCLA2‑1基因与组成型启动子融合构建促进基因表达的载体，通过转基因技术创造叶夹角小、株型紧凑的玉米自交系，用于培育玉米耐密新品种。本发明专利技术将含有SEQ ID NO：1所示序列的基因进行改造，导入玉米植株中，可以创建株型紧凑、叶夹角小的玉米育种材料，对玉米育种具有重要的实际应用意义。
【技术实现步骤摘要】
一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因及其应用
本专利技术涉及作物遗传育种领域，特别是指一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因及其应用。
技术介绍
近年来，耕地面积逐步减少，各种作物种植面积和实际需求的平衡等因素也导致了玉米的种植面积减少。而国家发展所需的玉米不断增加，在有限的可耕面积上只有通过提高单位面积产量进而增加总产满足社会需求，确保国家粮食安全。通过培育耐密优良的玉米品种来增加种植密度是单位面积产量提高的方法被提出。耐密高产玉米新品种必须具有耐密的株型和耐密的特性。紧凑合理株型是耐密高产的一个重要外在形态指标，玉米光合产物源、流、库合理高效运转等是耐密高产的一个重要内在生理机制。叶夹角是玉米株型性状中最重要的性状之一，叶夹角小的品种通常种植密度高，根茎营养物质吸收力强，植株叶片向上直立从而能够截获更多的阳光，有利于提高光合效率，降低群体遮荫综合症。上世纪六、七十年代国内外对玉米茎叶夹角与种植密度及其对产量的影响就引起了人们的关注，Pendleton等（1968）对玉米茎叶夹角与种植密度对产量的影响研究发现，在密植条件下，含有无叶舌基因liguleless2的杂交种（紧凑）与对应杂交种相比，平均亩产提高41.2%；Austin等（1989）研究表明，玉米叶夹角与产量之间存在着相关性，上部叶片直立、夹角小，有利于中部叶片接收光照，增强中上部叶片的光合作用，提高干物质的生产与积累，进而提高产量。我国育种家李登海从1989年到2005年，通过选育耐密玉米新品种，种植密度从5000株／亩提高至6500株／亩，将创造世界夏玉米的高产纪录1096.3kg／亩至1402.86kg／亩。由此可见，玉米产量的进一步提高的主要方法之一就是提高种植密度。因此，叶夹角不仅是影响玉米种植密度和产量的一个重要因素，而且是当前及未来玉米高产育种的关键性状。叶夹角是玉米株型最重要农艺性状之一，尽管有关玉米叶夹角的QTL被定位，但到目前为止还没有通过图位克隆技术获得相应的候选基因。而一些与玉米叶夹角相关的基因通过比较基因组学和突变体技术被研究。Ku等（2011）利用比较基因组学方法，克隆了位于第二染色体上的qLA2的候选基因。研究表明，紧凑型亲本自交系豫82和松散型亲本自交系沈137其5’-UTR端”CTCC”变为”CCCC”，影响了ZmTAC1的表达水平，从而进一步影响叶夹角的大小。由此表明ZmTAC1基因表达水平的高低是通过5’-UTR位点序列‘CTCC'–‘CCCC'的变化调控的。Moreno等（1997）对lgl突变体的研究发现，该突变体为ligulelessl基因表达缺失突变体，该突变体表现为不能形成叶舌和叶耳，叶片和叶鞘的连接处不能够发育。利用活化剂(Ac)转座因子作为一个分子标签，将lgl的等位基因lgl-ml从中分离和克隆出来，研究证实LG1基因以一种细胞自主方式产生功能。Juarez等（2004）发现rld1和lbl1突变体表现出近轴/向上的叶部形态。通过克隆其相对应的基因发现，rld1编码一个HD-ZIPIII蛋白，通过远轴端的miR166-directed的转录裂解限定了空间近轴端表达。半显性Rldl-O突变体在miR166互补位点一个单核苷酸替换导致远轴端的突变体转录本的持续表达，这引起叶子偏向近轴端。遗传分析表明lbl1和Rldl-O彼此相互抑制，说明这2个基因在同一路径中起作用。对yabby基因的研究发现其直接引起侧生器官向外生长。与已鉴定的QTL相比，已鉴定出的与叶夹角有关的基因数目远远不够，说明大量的与叶夹角相关的候选基因有待进一步鉴定。本研究涉及的基因ZmCLA2-1是通过图位克隆技术发现的调控叶夹角大小的一个由208个氨基酸组成包含bHLH保守功能结构域的转录因子，其分子生物学功能目前在植物中尚未报道。本专利技术研究了该基因调控玉米叶夹角的分子生物学功能，并为培育耐密株型和耐密特性的优良高产玉米品种提供了一个潜在的新基因资源。
技术实现思路
本专利技术提出一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因及其应用，解决了现有技术中培育耐密株型和耐密特性的优良高产玉米品种中遇到的问题。本专利技术的目的在于提供一种控制玉米叶夹角大小的基因ZmCLA2-1，该基因具有如SEQIDNO：1所示的DNA片段。本专利技术也包括如SEQIDNO：2所示的蛋白质序列。该基因mRNA积累量降低，导致玉米叶夹角增大，因此该基因的克隆有助于理解玉米叶夹角形成的分子机制。本专利技术利用过表达技术，促使玉米内源ZmCLA2-1基因的表达，引起叶枕部位远轴端支持组织发达，木质化程度高，厚壁细胞的层数较多，细胞较小而多，维管束增大，导致叶夹角减小（见实施例4）。具体的说就是将ZmCLA2-1基因与组成型启动子（如CaMV35S启动子）融合构建促进基因表达的载体，通过转基因技术创造叶夹角小、株型紧凑的玉米自交系，用于培育玉米耐密新品种。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因，所述ZmCLA2-1基因的碱基序列如SEQIDNO：1所示。所述ZmCLA2-1基因编码的蛋白序列如SEQIDNO：2所示。所述ZmCLA2-1基因的编码区和3’-UTR区域有碱基突变和插入/缺失，如图6所示。所述的调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因的应用，步骤为：（1）以紧凑型自交系豫82为供体亲本，以松散型玉米自交系豫87-1为受体亲本，采用回交转育结合分子标记辅助选择构建位于第二染色体的主效qLA2的近等基因系豫87-1-NIL58；近等基因系的构建方法见实施例1中详细描述；（2）采用图位克隆技术从豫87-1-NIL58中分离ZmCLA2-1基因（见实施例2），然后利用过表达技术构建玉米内源ZmCLA2-1基因的表达载体；（3）将玉米内源ZmCLA2-1基因的表达载体转化农杆菌感受态细胞，用于转化玉米自交系豫658，得到叶夹角表现不同程度的减小的转基因阳性株。所述步骤（2）中，玉米内源ZmCLA2-1基因的表达载体以自交系豫82的cDNA为模板，以根据B73的CLA2-1cDNA序列涉及的引物对如SEQIDNO：3、SEQIDNO：4所示的引物构建而得。利用qRT-PCR技术分析ZmCLA2-1的表达规律，结果表明该基因不同时期在豫82中的表达量显著高于豫87-1-NIL58中的表达量，说明ZmCLA2-1负向调控玉米叶夹角（见实施例3）；本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术分析了豫87-1和豫87-1-NIL58七叶期的玉米叶枕横切面的细胞形态，结果表明豫87-1-NIL58的叶夹角变小是由于叶枕部位远轴端支持组织发达、木质化程度高、厚壁细胞的层数较多、细胞较小而多、维管束增大所致（见实施例4）；过表达转基因试验（见实施例5）证明本专利技术获得的候选基因ZmCLA2-1的过量表达引起玉米叶夹角减小的原因。2、本专利技术采用正向遗传学方法（通过构建作图群体对叶夹角进行QTL初步定为、精细定位）准确无误的分离候选基因。3、ZmCLA2-1基因的功能在玉米中没有任何报道，本专利技术提供了调控玉米叶夹角大小的基因ZmCLA2-1及其编码蛋白。该基因对于解析玉米叶夹角形成的分子机理等理论研究具有重要的价值。4、本专利技术将含有SEQIDNO：1所示序列的基因进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2‑1基因，其特征在于：所述ZmCLA2‑1基因的碱基序列如SEQ ID NO：1所示。
【技术特征摘要】
1.一种调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因，其特征在于：所述ZmCLA2-1基因的碱基序列如SEQIDNO：1所示。2.如权利要求1所述的调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因，其特征在于：所述ZmCLA2-1基因编码的蛋白序列如SEQIDNO：2所示。3.如权利要求1所述的调控玉米叶夹角的ZmCLA2-1基因的应用，其特征在于，步骤为：（1）以紧凑型自交系豫82为供体亲本，以松散型玉米自交系豫87-1为受体亲本，采用回交转育结合分子标记辅助选择构建位于第二染色体的主效qLA2的近等基因系豫87-1-NIL58；（2）采用图位克...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦惠，库丽霞，曹莹莹，任真真，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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