[发明专利]一种用于改良玉米株型和提高玉米产量的基因的获得方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，提供了一种用于改良玉米株型和提高玉米产量的基因的获得方法和应用。

背景技术

玉米是集粮食、饲料、工业加工等多种用途于一身的重要作物，其转基因技术始于1986年（Fromm et al.,Nature,319:791-793）。随着转基因技术的深入发展和全基因组测序的完成，玉米已经成为基础性和应用性研究的重要单子叶模式作物。近些年来，由于世界人口数量增加及畜牧产业和玉米加工产业的迅速发展，全球玉米需求量剧增，提高玉米产量成为农业生产和社会经济的迫切需要。

植物CYP450按照功能主要分为两大类，生物合成方面主要参与了植物木质素中间物、植物激素、甾醇、萜类、黄酮类、异黄酮和呋喃香豆素等物质的合成。代谢方面则主要是将有毒物质转变为无毒物质，包括环境毒素、农药、有机染料等（Brazier et al.Phytochem.2002,59:149-156;Chapple,Annu.Rev.Plant Biol.1998,49:311-343）。细胞色素P450在植物次生代谢、合成及解毒等方面具有复杂而广泛的功能，并且参与激素类物质的代谢过程。CYP72是研究较早的一个P450家族，Irmler等发现（Plant J.2000,24:797-804）CYP72A1能催化吲哚生物碱合成途径的早期步骤，即由马钱苷转化为次番木鳖苷的过程。450基因往往以基因簇的形式参与到吲哚生物碱对植物生长发育和抗逆活动中，这可能与他们的协同作用有关（Chapple,Annu.Rev.Plant Biol.1998,49:311-343）。CYP71C家族有4个成员（CYP71C1-4）串联形成一个家簇共同作用于玉米重要次生防御物质DIMBOA（2,4-二羟基-7-甲氧基-1,4-苯并噁嗪-3-酮）合成途径（Frey et al.Mol.Gen.Genet.1995,246:100-109;Frey et al.Sci.1997,277:696-699;Baitey et al.Plant Physiol.1991,95:792-796）。因此如何更好的利用植物CYP450为玉米的转基因开拓新的领域成为本领域的研究方向，特别是如何实现玉米植株的改良和产量的提高，成为亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的发明人针对上述现有技术的情况，结合长期研究和探索，提供了一种用于改良玉米株型和提高玉米产量的基因，该基因为玉米细胞色素氧化酶基因ZmCYP72A，该基因扩增自玉米叶片cDNA中，用包含该ZmCYP72A基因的全长片段的DNA序列构建过表达载体，然后将ZmCYP72A基因过表达载体导入农杆菌菌株，并用农杆菌介导法侵染玉米幼胚，建立了转基因玉米株系。发明人进一步培育后将转基因玉米株系与野生型植株进行比较，发现利用该基因所得的转基因农作物具有生育期缩短、株型矮小、产量提高等表型，该转基因阳性植株应用于生产，改良成熟期、株型、产量等重要农艺性状，用于提高作物的产量和品质，具有重要的经济价值和社会效益。

发明人提供一种用于改良玉米株型和提高玉米产量的基因，该基因含有一个保守的P450结构域，属于CYP450超家族72A亚家族，因此命名为ZmCYP72A基因，其核苷酸序列如SED IDNO:1所示，该基因全长为1584bp，氨基酸序列如SED ID NO:2所示，编码527个氨基酸。

该基因从玉米自交系齐319的叶片cDNA中扩增获得，其具体步骤如下：

1.玉米RNA的提取和纯化

2cDNA第一链的合成

3ZmCYP72A基因的克隆

以反转录的cDNA为模板，采用以下引物对进行PCR扩增：

上游引物:5'-GTGGATCCTGCGGTCAGTAACGAAAGT-3'如SEQ ID NO：3所示

下游引物:5'-GTGGATCCCAAGCCGCCACCAATGGC-3'如SEQ ID NO：4所示

其中划横线部分为BamHI酶切位点；

PCR扩增体系为1μl上游引物（50pmol/μL），1μl下游引物（50pmol/μL），5μl10×PCR buffer，5μl dNTP混合液（10mmol/L），0.5μl Taq DNA聚合酶（5U），4μl cDNA模板，加ddH2O将总体积补充至50μl；