[发明专利]玉米DWF4基因及其表达载体、应用、植株

说明书

技术领域

本发明涉及一种调控油菜素内酯生物合成关键基因-玉米DWF4基因及其表达载体、应用、植株，属于分子生物学和生物技术领域。

背景技术

玉米不仅是世界上第三大粮食作物，也是基础性和应用性研究的重要单子叶模式植物。随着玉米基因组序列测序工作的完成，关于玉米的遗传学、基因组学和分子生物学等学科的研究日益成为当前的热点。而玉米的遗传转化技术已经成为玉米研究领域的核心手段之一。转基因玉米的研究始于20世纪80年代初期，从首例转基因玉米报道到现在20多年的时间里，玉米转化的受体、转化方法和标记基因的选择等研究都得到了迅速发展。目前，已经利用转基因的途径培育出了抗虫、抗病、抗除草剂、抗盐、抗旱、优质等多种优良玉米品种或新种质。

油菜素内酯(brassinonolide，简称BL)是一种甾醇内酯类物质，20世纪70年代首次从油菜的花粉中分离得到。随后，研究者在多种植物的不同器官中也分离出了BL及其类似物，并将此类物质统称为油菜素甾醇类(brassinosteroids，简称BRs)。目前，BRs已经被公认为是一类广泛调控植物生长发育的植物激素。研究证明在植物细胞的伸长和分裂、器官分化、维管组织发育、光合作用、开花、结实和衰老等各个生长发育过程中，该激素都能起到重要的调节作用。在水稻和拟南芥的研究中，BRs的缺失型突变体由于细胞不能够正常伸长而表现为植株矮小，而提高BRs的生物合成水平则能够增加植株高度，分枝数目和种子数目等(Choe et al.，1998，2001；Wu et al.，2008)。由此可见，BRs是调节植物生长发育过程的重要激素。

DWF4基因编码合成甾醇类C-22α羟化酶。该酶作用于BRs生物合成过程中从campestanol(CN)到6-deoxocathasterone(6-DeoxoCT)的C-22α羟基化过程，是BRs生物合成过程中的限速步骤，能够有效地调控植物体内BRs的生物合成水平。因此，DWF4基因是BRs合成过程的关键基因。早在1998年，Choe等人便观察到拟南芥dwf4突变体具有明显地植株矮小的表型(Choe et al.，1998)。另外，Sakamoto等人利用水稻osdwarf4突变体叶片夹角减小、整体光吸收量增多的特点，合理密植，在单位面积中获得了高产(Sakamoto et al.，2005)。另一方面，在DWF4基因过量表达的研究中也获得了非常有意义的表型，例如，在拟南芥中过表达AtDWF4，转基因植株营养生长增强，分枝数目及单株种子数目增多(Choe et al.，2001)。Liu等人将ZmDWF4从玉米中分离出来并异源转化到拟南芥中，转基因植株表现出分枝数目及种子数目增多，植株增高等表型(Liu et al.，2007)。另外，Wu等人在水稻中过表达ZmDWF4和AtDWF4后均提高了叶片CO₂的吸收量，增强了光合作用，增加了种子中淀粉的积累，促进转基因植株种子数目增加、增重(Wu et al.，2008)。虽然在其他物种中DWF4基因已经研究的相对比较深入，但目前国内外尚没有关于DWF4基因应用于改良玉米农艺性状的报道。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种过表达玉米DWF4基因后，具有生长旺盛，光合作用增强，植株增高，衰老延迟，粒重增加等优良农艺性状的玉米转基因植株。

玉米DWF4基因，所述DWF4基因是如下(a)或(b)的基因：

(c)来自序列表中SEQ.ID.NO.1的基因；

(d)来自编码序列表中SEQ.ID.NO.2氨基酸序列的所有核苷酸序列。

玉米DWF4基因的表达载体，其特征在于，所述表达载体是以pZP211为骨架，以Ubiqutin为启动子，以NPTII为选择标记基因。

所述的表达载体，在pZP211载体多克隆位点插入所述玉米DWF4基因序列。

玉米DWF4基因在培育高产玉米中的应用。

根据上述基因或者载体获得的高产玉米植株。

本发明从玉米中分离出调控BRs生物合成的关键基因(DWF4)，并构建了Ubiqutin启动子驱动的pUBI::DWF4过表达载体(见图3A)。利用农杆菌介导的幼胚转化体系成功转入玉米。通过对获得的阳性转基因植株进行分析发现，相对于非转基因玉米，转基因玉米生长旺盛，叶表皮细胞较长，植株明显增高，光合作用增强，衰老延迟，粒重增加。这些优良的农艺性状可用于提高玉米的产量和品质，具有重要的经济价值和社会价值。

附图说明