[发明专利]一种调控植物生长发育的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种调控植物生长发育的方法及其应用，尤其是一种与表观遗传学调控相关的水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因在调控植物生长发育中的应用。

背景技术

现有技术公开了植物的生长发育和胁迫应答等过程都与基因的转录表达调控相关。而基因的转录表达调控除了受遗传因素影响还受到表观遗传学(epigenetics)的调控。近几年，表观遗传学已然成为生命科学研究的热点领域。在基因组中除了DNA序列，还有许多调控基因的信息，它们本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，从而影响和调节基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖遗传下去。组蛋白，作为染色质基本单位--核小体的核心组成部分，其修饰是重要的表观遗传学修饰之一。研究组蛋白修饰以及这些修饰之间的不同组合形成的组蛋白密码(histone code)对生命活动所有重大过程的调控机制是表观遗传学研究者关注的课题。

组蛋白H3N末端9位赖氨酸(H3K9)的甲基化，被认为是非活性DNA序列的一个重要特征，它广泛的分布于异染色质区域，并且与基因沉默(gene silencing)相关。相对于酵母和动物而言，有关植物中H3K9甲基转移酶基因的研究还是非常有限。模式植物拟南芥中的AtSUVH4/KYP是最早发现的植物H3K9甲基转移酶。AtSUVH4/KYP在体内被发现与保持异染色质的H3K9甲基化及与一些常染色质区域中的基因转录失活有关(Curr Biol.2002，12：1360-7)。拟南芥中的另外一个成员AtSUVH2对于异染色质特异的组蛋白H3K9，H3K27和H4K20甲基化是必需的(EMBO J.2005，24：1418-29)。烟草中的同源蛋白NtSET1可以在体内甲基化H3K9，过量表达NtSET1导致有丝分裂过程中的染色体异常(Plant J.2004，40：699-711)，并且抑制烟草植株的生长(Plant J.2001，28：371-83)，表明NtSET1可以通过改变染色质结构来抑制控制植物生长的基因的表达。

在水稻基因组中有15个基因编码了可能的组蛋白H3K9甲基转移酶。但是对其功能的研究鲜有报道。最近有报道称，其中的一个蛋白成员SDG714在体外具有H3K9甲基转移酶活性，它影响Tos17的DNA甲基化并抑制其转座(Plant Cell.2007，19：9-22)。除此之外，有关水稻H3K9甲基转移酶的功能报道还是非常少见。水稻是中国最重要的经济作物之一，通过分析水稻H3K9甲基转移酶的功能来研究水稻染色质结构改变对基因表达的调控，不仅具有重要的理论意义，还具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种调控植物生长发育的方法及其应用，尤其是一种与表观遗传学调控相关的水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因在调控植物生长发育中的应用。

本发明涉及的水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因，其特征在于，该水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因名称为SDG714，来源于水稻(Oryza sativa ssp.japonica)，在GenBank的登录号为NM_001051801。

本发明根据GenBank的登录的序列，选取该基因全长1-1989bp，设计引物，与YFP融合后构建入植物表达载体pER8中，得到pER8-YFP-SDG714。

将重组的植物表达载体转化农杆菌，获得重组菌。由农杆菌介导转化模式植物拟南芥。

本发明中，将上述水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因的植物表达载体转化拟南芥，与对照组相比，在过量表达SDG714的植株中，组蛋白H3K9的甲基化水平明显升高，导致了大量与植物生长相关的基因的下调，从而严重抑制植物的生长，植物的生长发育得到调控。

本发明中，一旦在生长受抑制的植株中移除过量表达的SDG714，植物又开始继续生长。

本发明提供的水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因的应用不仅提供了一种调控植物生长发育的方法，同时也对深入理解组蛋白赖氨酸甲基转移酶的生物学功能和生物学过程，进一步破译组蛋白密码和理解组蛋白密码在高等植物生长发育、遗传变异中的作用具有非常重要的意义。本发明具有较高的实际应用价值，应用前景广阔。

附图说明

图1为YFP、SDG714-YFP转基因拟南芥及野生型拟南芥(WT)的生长表型图。