本发明专利技术公开了一种从棉花中克隆的受光诱导的花色素合成调控基因GhMYBAP，在植物中表达该基因可以促进转基因棉花和其他植物体内花色素的合成和累积。应用该基因及其植物表达载体可以培育高花色素含量的植物品系(种)、提高植物产品的营养价值和外观品质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及一种促进棉花及其他植物花色素合成和累积的基因。本专利技术还涉及该基因编码的多肽，含有该基因的表达载体，以及该基因在促进植物花色素合成和积累中的应用。
技术介绍
花色素是一类重要的植物非光合色素。它在自然界植物中广泛存在，是给植物叶、 花和果实着色的主要色素。花色素主要在植物细胞的液泡中积累，具水溶性，在PH或其它因素的作用下，可使植物呈现从粉红到紫色的变化。花色素同时是一种重要的抗氧化物质， 广泛用于保健、食品等行业。正因为如此，色彩不仅在园艺观赏植物中至关重要，在粮食、纤维、蔬菜、水果等作物中也是重要的品质性状。利用基因工程技术，在植物中激活花色素合成，获得有色的植物产品，有着广阔的应用前景。高等植物的花色素合成属于苯丙烷途径的一个支路，从苯丙氨酸到最终产物花色素苷是一个由多步生化反应组成的复杂生物合成途径。每步反应均由不同结构基因编码的酶催化。遗传学证据表明，植物花色素合成主要受I 2R3-MYB、WD40和bHLH三类转录因子调控。这些转录因子相互作用形成复合体结合到结构基因启动子上，激活花色素生物合成途径中一个或多个结构基因的表达，从而促进花色素在植物体内的合成和累积，使植物器官或组织显色。相对于bHLH和WD40蛋白，R2R3-MYB蛋白专一性更强，一般调控花色素合成的 Ii2R3-MTO蛋白只参与花色素合成的调控，而bHLH和WD40则可能同时参与其他生理过程(如原花色素合成和表皮毛决定等)的调控。因此，I^2R3-MYB蛋白及其编码基因在植物花色素合成中具有中心调控作用。前期研究中，我们发现强光照能诱导棉花叶片和茎合成花色素(图1)。本专利技术利用同源克隆的方法从棉花叶片中克隆了一个I^2R3-MYB蛋白基因(GhMYBAP，Gossypium hirsutum anthocyanin promoting MYB)。表达分析表明GhMYBAP基因的表达受强光诱导， 可能与茎叶中光诱导的花色素合成相关(图1)。转基因研究表明，该基因的上调表达能够促进烟草和棉花体内的花色素合成和累积，使相应的器官和组织显红色(图4、5和6)。 GhMYBAP基因的克隆和功能验证为棉花与其他植物的花色素基因工程调控奠定了基础，利用棉花纤维特异启动子控制该基因的表达有可能在棉花纤维中特异合成和累积花色素，从而创建转基因的彩色棉。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种促进植物花色素合成和累积的基因。本专利技术的另一个目的是提供上述基因编码的蛋白质。本专利技术的再一个目的是提供含有上述基因的表达载体。本专利技术的进一步目的是提供上述基因在农业、林业作物育种中的应用，用于获得具高含量花色素的植物材料，改良植物产品的营养价值和外观品质。3根据本专利技术的一个方面，本专利技术采用基因工程技术，分离出一种促进植物花色素合成和累积的棉花花色素合成调控基因GhMYBAP，来源于棉花(Gossypium hirsutum)，其具有如SEQ ID NO. 1所示的DNA序列。此外，与SEQ ID NO. 1所示的DNA序列具有80%以上同源性，且编码相同功能蛋白质的DNA序列也属于本专利技术的范围。根据本专利技术的另一方面，一种由上述基因GhMYBAP编码的蛋白质，其为如SEQ ID NO. 2所示的氨基酸序列。此外，将SEQ ID NO. 2的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸的取代、缺失或添加且具有与SEQ ID N0. 2的氨基酸序列相同生物活性的由SEQ ID N0. 2衍生的蛋白质也属于本专利技术的范围。SEQ ID NO. 1所示的DNA序列由835个碱基组成，编码序列表中由251个氨基酸残基组成的蛋白质序列SEQ ID N0. 2。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供包含上述基因的重组载体，以及包含上述重组载体的宿主细胞。所述重组载体是至少含有上述一种或多种基因以及组成型或组织特异型启动子的植物表达载体。在一种实施方式中，将SEQ IDN0. 1基因的cDNA构建在 CaMV35S启动子下游，得到植物表达载体(其结构如图3所示)或者用组织特异型启动子替换CaMV35S启动子而得到的植物表达载体。进一步地，通过所述植物表达载体转染宿主而获得的转化体也属于本专利技术的范围。将本专利技术的植物表达载体利用电击法和冻融法等方法转化农杆菌即会得到含有该表达载体的农杆菌菌株。本专利技术还提供了所述新基因GhMYBAP在促进植物中花色素的合成和积累中的应用，典型地是用于改良植物产品的营养价值和外观品质。通过对转基因烟草和转基因棉花的分析，发现超量表达GhMYBAP基因能够促进花色素的合成和累积，花色素含量显著提高， 相应的组织器官呈现红色(图4、5和6)。因此该基因的表达可能在转基因植物的组织器官中激活花色素合成，从而获得具高含量花色素的植物材料，改良植物产品的营养价值和外观品质。这对于农业、林业中培养优良的作物品种具有重要意义。附图说明图1 棉花花色素合成和GhMYBAP基因表达的光诱导特性A、B和C分别为阳光直射处理(L-S)和未处理(L-W)叶片的颜色变化、花色素 (Anthocyanin)含量和GhMYBAP基因表达的变化。D、E和F分别为阳光直射(S-S)和荫蔽 (S-W)茎段的颜色变化、花色素含量和GhMYBAP基因表达的变化。用比色法检测花色素含量 (Q = (A530-O. 25 X A657) XM—1，其中M为称取的叶片鲜重)。用定量RT-PCR方法检测GhMYBAP 基因的相对表达水平(REL, relative expression level)。图2 组成型启动子CaMV35S调控下的棉花GhMYBAP基因表达载体的构建流程图NPTII 新霉素磷酸转移酶基因；⑶S β -葡萄糖酸苷酶基因；CaMV 35S 来源于花椰菜花叶病毒的植物组成性启动子；NosTer :Nos终止子。用于构建植物表达载体的骨架载体为pBI121，具有CaMV 35S启动子调控下的NPTII基因，便于在植物遗传转化的过程中对转化子进行卡那霉素(Kan)抗性的筛选。图3 组成型启动子CaMV35S调控下的棉花GhMYBAP基因表达载体的结构示意图图4 超量表达GhMYBAP基因促进烟草的花色素合成A，野生型(WT)和GhMYBAP超量表达(AP-5)烟草的叶片；B，4个GhMYBAP超量表达烟草植株(AP-1，-3，-5和-7)和野生型叶片的花色素含量(Q = (A530-O. 25XA657) XM-1， 其中M为称取的叶片鲜重)；C，4个GhMYBAP超量表达烟草植株(AP-1，-3，-5和-7)和野生型叶片中GhMYBAP基因的相对表达水平(REL，relative expression level)。图5 超量表达GhMYBAP基因特异促进烟草花色素途径的结构基因的表达用定量RT-PCR方法比较了 GhMYBAP超量表达(AP_5)和野生型(WT)烟草叶片中的花色素途径结构基因的相对表达水平(REL，relative expressionlevel) 0发现属于花色素合成支路的查儿酮合成酶(OB)、查儿酮异构酶(CHI)、类黄酮3-羟化酶(F3H)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)和花色素合成酶(ANQ基因在超量表达植株中显著上调；而属本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种分离的棉花花色素合成调控基因ＧｈＭＹＢＡＰ，其核苷酸序列如ＳＥＱＩＤ ＮＯ．１所示。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖月华，裴炎，张瑞芝，侯磊，罗明，李德谋，宋水清，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：85
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