本发明专利技术公开生长素输入载体AUX1/LAX家族基因在玉米、高粱育种中的应用，其特征是，从不同高等植物中克隆出AUX1/LAX家族基因的不同成员，通过分别与不同启动子连接构建融合基因，采用转基因技术将重组基因导入玉米、高粱细胞，获得转基因植株及其后代，筛选植株性状发生改变的工程植株，创造出在玉米、高粱育种中具有应用前景的新种质。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属农作物的生物工程育种领域，涉及一种通过构建融合基因及转基因改变玉米和高粱性状的方案的应用，具体说，涉及生长素输入载体AUX1/LAX家族基因在玉米和高粱育种中的应用。
技术介绍
植物基因工程的发展依赖于具有不同功能基因的应用。生长素在植物生长发育中起重要作用，通过生长素合成、转运、代谢及相关的信号转导基因的表达修饰有可能对植物的生长发育产生重要影响。生长素在植物幼嫩部分或分裂旺盛的组织中合成，通过其特有的运输方式到达作用部位，在植物生长发育的多个过程中起重要作用。生长素在植物组织内的差异分布影响多个发育过程，不同环境信号和内源信号能够通过生长素的局部合成和细胞间转运影响生长素分布变化。IAA是多数植物中生长素的主要形式。在不少系统中低浓度生长素促进细胞伸长与分裂，而高浓度的生长素则抑制细胞的分裂与伸长。生长素信号促进了细胞分裂素抑制蛋白的表达，而细胞分裂素诱导了生长素信号抑制蛋白。在植物激素中生长素具有最明显的促进不定根和侧根发生及生长作用， 参与根毛发育、初生根生长、侧根原基形成和根的向重力性反应，乙烯通过调控生长素的代谢起一定作用(Pitts et al,1998 ；Rahman et al，2002)。生长素和细胞分裂素的相互作用调控胚根形成和侧根发生的决定。生长素在细胞间活跃转运创建局部最大浓度，从而调控许多发育事件的起始和进程。植物组织内的生长素浓度梯度包括生长素在细胞内和细胞间的不均勻分布。细胞的生长素浓度可在合成、钝化、活化、分解和细胞间的极性转运多个层面上调节。并且这些不同层面的调节在不同物种、不同发育时期均起重要作用。在植物根尖生长点中，生长素的极性运输和局部合成促成了在静止中心(即干细胞组织中心)部位形成所谓“生长素积累高峰”，对于静止中心的建立和维持起至关重要的作用。侧根器官发生(Dubrovsky等，2008)显示了生长素最大浓度与发育编程调整和器官起始在时空上具有对应关系，遗传或药物干扰生长素的差异分布和响应过程阻碍了生长素梯度存在时出现的发育事件。另外，生长素差异分布似乎足以启动发育过程。生长素微量应用到茎尖分生组织的精巧试验表明局部增加生长素浓度足以启动和完成叶或花的发育 (Reinhardt et al.，2003)。生长素在给定细胞积累能修饰它的发育程序，即生长素积累的时间和位置决定了发育程序改编的时间和位置。在中柱鞘细胞中随机刺激引起的细胞生长素合成的增加，提高了局部生长素浓度，引起这些感受态细胞起始侧根发生。植物体存在两种不同的生长素运输途径韧皮部运输和皮层中载体介导的极性运输。在韧皮部运输系统中，生长素的运输与其它营养物质的运输没有根本区别；而极性运输则是生长素所特有的一类从细胞到细胞的主动运输，依赖于膜定位的载体和能量消耗 (Lomax等，1995)，运输速度也比维管系统运输速度较慢，一般为5_20mm/h。生长素在组织中的极性运输很大程度上归功于高度调控、极性定位的输入、输出载体蛋白。极性运输使生长素在植株体内形成以器官顶端为中心的浓度梯度，并维持不同组织中的生长素浓度差， 实现植物发育的调控。且生长素信号和生长素极性转运之间存在着正反馈调节(Vieten 等，2005)。介导生长素极性运输的蛋白有AUX1/LAX家族、PIN-formed家族、ABCB家族蛋白寸。生长素进入细胞可通过被动扩散和质膜上极性分布的生长素输入载体(auxin influx carrier)介导的两种方式完成。由输入载体介导的生长素流入细胞可以使生长素逆浓度梯度运输，也可以防止生长素被动扩散入邻近细胞中，从而保证了不同细胞和组织中生长素浓度与分布适宜。AUX1/LAX家族参与生长素极性转运，它们介导生长素流入细胞。拟南芥AUXl是首个发现的生长素输入载体，其突变导致生长素极性运输受阻、根对生长素的敏感性下降、根向地性丧失和叶序排列无序。拟南芥基因组编码4个生长素输入载体 AUXl (auxin resistant 1)、LAXl、LAX2 和 LAX3 (Kramer，2004)。AUXl 是首个发现的输入载体。AUXl是由485个氨基酸残基组成的具有通透酶性质的蛋白质，推测其有11个跨膜区域(Marchant等，2002)。AUXl与其它3个LAX氨基酸序列的相似性为73% 82%。它们都具有生长素输入载体的功能。水稻含有4个可能的生长素流入载体，命名为Os auxin transporter protein 1、 Os auxin transporter protein 2、 Os auxin transporter protein 3、Os auxin transporter protein 4。从玉米中克隆的 ZmA UXl 基因与拟南芥 AUXl相比，在氨基酸序列的相似性为81%，据报道在萌发12天玉米小苗的初生根、冠根、 种子根和侧根的根尖(根尖Icm切段)中表达丰度高，而在根系较上区段几乎检测不到该基因表达。原位杂交显示ZmAUXl在根尖的表皮细胞、中柱鞘和内皮层细胞中表达丰度高 (.Hochholdinger等，2000)。申请人通过对玉米、水稻、拟南芥的生长素输入载体的系统比较与分析，发现 ZmAUXl 与拟南芥 auxintransporter 2 禾P3、/K稻中 Os auxin transporter 3的相似性高，且在氨基酸组成、肽链长度和等电点、分子量上更为接近，应命名为Sii auxin transporter protein 3。为了方便叙述，在该说明书中仍称其为ZmAUXl。植物的抗逆境特性和无机养分的吸收能力大部分与根系形态和生理特性直接相关。通过生长素浓度和极性分布的调节有望实现1)提高作物对肥料的利用率，节省生产成本并减少环境污染；2)提高根系对水分的利用率，增加干旱地区作物产量；3)提高作物抵抗盐渍化的能力，增加盐渍耕地中作物产量；幻创造高产、优质抗倒伏作物品种。
技术实现思路
针对目前的研究现状，本专利技术的目的是提供一个通过转AUX1/LAX家族基因产生生长素浓度梯度发生变化从而引起植株根系性状、株高和抗倒性发生改变的转基因玉米和高粱，后者用于玉米、高粱的遗传改良。本专利技术所述的AUX1/LAX家族基因包括从不同高等植物中克隆的与拟南芥UXl/ LAX家族的多肽序列相近或相同的蛋白基因，也包括人工合成或由不同序列重组的多聚核苷酸序列，即序列和功能相近或相同的编码蛋白基因或其RNAi结构。本专利技术所述的基因应用包括以完整和部分cDNA基因形式、完整和部分基因组基因形式、和它们的RNAi结构形式。本专利技术所述是将从高等植物如拟南芥、水稻、玉米中克隆AUX1/LAX家族基因成员的全长或部分序列分别重组到中间质粒中构建融合基因，然后将融合基因插入到植物表达载体中，采用转基因技术将重组基因导入植物细胞，获得转基因植株；通过检测转基因表达和对植株进行性状鉴定，从中筛选出目标性状明显改变的转基因植株及其后代，创造出在作物育种中具有应用前景的新种质和新品种。其中，所述用于构建融合基因的AUX1/LAX家族基因的全长序列可以为cDNA序列， 也可以为基因组序列，也可是人工合成的与AUX1/LAX家族基因序列一致或相近DNA片段。 所述的AUX本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张举仁，李朝霞，张新蕊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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