[发明专利]PttKN1基因在碎米荠中的遗传转化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PttKN1基因在碎米荠中的遗传转化方法，属于生物遗传技术领域。

背景技术

同源异型盒基因(homeobox genes)编码同源异型盒蛋白，能够结合各自靶基因的顺式调节区域，从而作为转录因子在生物的发育过程中扮演重要作用。从酵母、真菌到动植物，同源异型盒基因已经被大量地分离出来并进行了广泛地研究；并且发现，同源异型盒蛋白在生物的形态建成中发挥着重要作用。

在植物中第一个被分离的同源异型盒基因是玉米中的KNOTTED1(ZmKN1)基因，在顶端分生组织(shoot apical meristem，SAM)中发挥作用。ZmKN1获得性功能突变体/异源表达植株的研究表明，ZmKN1抑制了叶的分化并在叶脉附近形成了瘤状结构。而功能缺失突变体的研究则表明ZmKN1对于顶端分生组织的形成和维持是必需的。植物中存在多种同源异型盒基因，比如拟南芥中的KNOX(KNOTTED1-like homeobox genes)、WOX(WUSCHEL-like homeobox genes)、BELL(BEL-like homeobox genes)和HD-ZIP(homeodomain Leucine-zipper)，它们的编码蛋白都含有DNA结合的同源结构域。但KNOX基因几乎存在于所有的单子叶和双子叶植物中，并且能够调节所有高等植物顶端分生组织的功能。所以，KNOX基因的作用可能是最古老和保守的分生组织调节方式。

根据KNOX基因序列的相似性和表达区域的差异性，研究者将它们分为两类：KNOXI和KNOXII。拟南芥中的KNOXI基因有SHOOTMERISTEMLESS(STM)、KNAT1(KNAT：Knotted in Arabidopsis thaliana-also called BREVIPEDICELLUS；BP)、KNAT2和KNAT6；KNOXII基因有KNAT3、KNAT4、KNAT5和KNAT7。其中KNOXI只在分生组织中特异性表达，而KNOXII在所有组织中都表达。虽然KNOXII基因的功能研究还缺乏必要的实验数据，但它们在发育过程中可能扮演某种未知的功能。

KNOX基因家族编码的蛋白是非典型的同源异型盒蛋白，所有的KNOX蛋白都有一个高度保守的非典型的HD区，典型的HD区含有60个氨基酸，而KNOX蛋白的HD区包括63个氨基酸，这就使得HD区在螺旋1与螺旋2之间有三个额外的氨基酸(P-Y-P)。因而，KNOX基因家族又隶属于TALE(three amino acid loop extension)超基因家族。HD区位于KNOX蛋白的C-末端，参与DNA的结合和同源二聚体的形成。ELK区域位于HD区上游，其功能尚不清楚，但推测该区域参与核信号定位。KNOX蛋白的N端含有约100个氨基酸长度的保守区域，为MEINOX区；该区包含KNOX1和KNOX2两个区域。其中KNOX1区在KNOX基因异源表达产生表型变化的过程中起重要作用，同时可能对目的基因的转录起抑制作用；KNOX2区对于二聚体的形成和转基因植株异常表型的产生有重要作用。GSE区位于MEINOX和ELK区之间，参与调控蛋白的稳定性；该区域富含脯氨酸(proline，P)、谷氨酸(glutamate，E)、丝氨酸(serine，S)和苏氨酸(threonine，T)残基(PEST序列)，该序列可通过泛素介导的水解反应而促进蛋白的降解。

在多数植物中，叶是光合作用、呼吸作用和光感受的主要器官。而萼片、花瓣、雄蕊和心皮等花器官都可以看作是修饰的叶片，因此，了解叶的发育机制对认识种子植物的发育机制至关重要。

1994年是植物叶发育研究的转折点。在这一年，Tsukaya等对拟南芥Columbia野生型的子叶发育进行了解剖学分析，并且认定其可以作为叶形态发生研究的模式系统。自此，随着分子生物学的发展，结合细致的形态分析和传统的遗传分析，叶发育调控的分子机理在一些模式植物中取得了显著的进展。然而，真正取得突破的还是对那些影响叶原基极性尤其是背腹性的突变体和基因的研究。正是由于对这些突变体和基因的研究，使得人们将叶原基极性的建立与顶端分生组织活性紧密的联系在一起。

随着单个基因对叶发育影响的研究，这些基因之间的相互作用及网络关系成为新的焦点。一批在茎顶端分生组织中通过调控形态发生模式而影响叶型的基因被分离出来。目前的主要工作是搞清楚这些在模式植物中的调控机理是否保守以及在这些机理的作用下如何产生各种各样的叶片类型。