一种提高植物根毛生成能力的蛋白及其编码基因与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高植物根毛生成能力的蛋白及其编码基因与应用，属于生物技 术领域。
【背景技术】
[0002] 根系是植物从外界吸收水分、养分的主要器官。环境条件和栽培措施大多是首先 通过影响根系进而影响到植株地上部分。根主要由根冠区、分生区、伸长区、根毛区（成熟 区）组成。根毛作为植物根系的重要组成部分，是靠近根尖特异表皮细胞外伸形成的单细 胞、管状突出物。成熟根毛的平均直径一般为7-10ym，长度可生长到1mm以上。根毛作为 植物根与土壤的直接接触细胞，增大了植物根表皮细胞与土壤的接触面积，有助于提高根 在土壤中的稳定性、根与微生物的互作及根对土壤营养的吸收。根毛的表面积约占植物根 系总表面积的70 %，是根系吸收水分和养分最活跃的组织，并且是植物根系感受外界信号 的重要组成部分。研宄表明，具有较长和较密根毛的植物能更有效地吸收水分和养分，从而 增加作物的产量。
[0003] 近年来，国内外学者从各个角度对根毛的生长和发育的生理机制和分子机制进行 了深入的研宄，已经筛选和积累了大量与根毛生长和发育相关的突变体。与根毛的极性延 伸有关的突变体有lrxl，rhsll和rhd2等，表现为根毛长度的变短（Dietetal.，2006;w〇n etal.，2009);与根毛细胞命运决定有关的突变体有cpc，ttg，gl2,wer和rhd6等。这些 突变体表现为根毛密度的增大或者根毛数目的明显减少（Tominagaetal.，2007;Wonet al.，2009;Songetal.，2011)。这些突变体为研宄根毛生长和发育的分子机制提供了很好 的材料，并为构建调控根毛形成的信号网络提供了重要的信息（Bruexetal.，2012)。阐明 调控根毛生长和发育的分子机制不仅有助于我们深入了解植物细胞发育分化的规律，而且 能更好的服务于生产实践。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是如何培育具有较长和较密根毛的植物，进而提高植 物吸收土壤养分的能力。
[0005] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种促进植物根毛生长和/或发育的方法， 包括在植物中表达突变的乙烯受体，以促进植物根毛生长和/或发育；
[0006] 所述促进植物根毛生长和/或发育体现为植物的根毛长度增长和/或根毛密度提 尚。
[0007] 上述方法中，所述突变的乙烯受体为如下a)或b)所示的蛋白质：
[0008] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白质；
[0009]b)将SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个 或几个氨基酸残基得到的促进植物根毛生长和/或发育的蛋白质。
[0010] 上述任一所述的方法中，所述在植物中表达突变的乙烯受体的方法为在所述植物 中导入所述突变的乙烯受体的基因；
[0011] 所述突变的乙烯受体的基因具体是通过重组表达载体导入的，所述重组表达载体 是将所述突变的乙烯受体的基因替换出发载体PZH01的多克隆位点间序列，PZH01的其余 序列保持不变得到的，再具体为将所述突变的乙烯受体的基因替换PZH01的CaMV35S启动 子后的BamHI和SacI识别位点间序列，pZHOl的其余序列保持不变得到的；
[0012] 所述CaMV35S启动子为花椰菜花叶病毒（CaMV) 35S启动子。
[0013] 上述任一所述的方法中，所述突变的乙烯受体的基因的序列如SEQIDNo. 4所 示；
[0014] 所述突变的乙烯受体的编码序列如SEQIDNo. 11所示。
[0015] 上述任一所述的方法中，所述在植物中表达突变的乙烯受体的方法为将所述植物 的乙烯受体的基因进行突变。
[0016] 上述方法中，所述乙烯受体为SEQIDNo. 2所示的蛋白；
[0017] 所述乙烯受体的编码序列如SEQIDNo. 10所示；
[0018] 所述乙烯受体的基因的序列如SEQIDNo. 1中第2033位至第4925位所示。
[0019] 上述任一所述的方法中，所述将所述植物的乙烯受体的基因进行突变得到所述突 变的乙烯受体的基因，所述突变的乙烯受体为如下a)或b)的蛋白质：
[0020] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白质；
[0021] b)将SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个 或几个氨基酸残基得到的促进植物根毛生长和/或发育的蛋白质；
[0022] 所述乙烯受体具体为SEQIDNo. 2所示的蛋白；
[0023] 所述乙烯受体的基因的序列具体如SEQIDNo. 1中第2033位至第4925位所示；
[0024] 所述突变的乙稀受体的基因的序列具体如SEQIDNo. 4所示。
[0025] 为了解决以上技术问题，本发明还提供一种蛋白质，是如下a)或b)的蛋白质：
[0026] a)SEQIDNo. 5所示的蛋白质；
[0027] b)将SEQIDNo. 5所示的蛋白的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个 或几个氨基酸残基得到的促进植物根毛生长和/或发育的蛋白质。
[0028] 为了解决以上技术问题，本发明还提供与所述蛋白质相关的生物材料，为下述B1) 至B20)中的任一种：
[0029] B1)编码所述蛋白质的核酸分子；
[0030] B2)含有B1)所述核酸分子的表达盒；
[0031] B3)含有B1)所述核酸分子的重组载体；
[0032] B4)含有B2)所述表达盒的重组载体；
[0033] B5)含有B1)所述核酸分子的重组微生物；
[0034] B6)含有B2)所述表达盒的重组微生物；
[0035] B7)含有B3)所述重组载体的重组微生物；
[0036] B8)含有B4)所述重组载体的重组微生物；
[0037] B9)含有B1)所述核酸分子的转基因植物细胞系；
[0038] B10)含有B2)所述表达盒的转基因植物细胞系；
[0039] B11)含有B3)所述重组载体的转基因植物细胞系；
[0040]B12)含有B4)所述重组载体的转基因植物细胞系；
[0041] B13)含有B1)所述核酸分子的转基因植物组织；
[0042] B14)含有B2)所述表达盒的转基因植物组织；
[0043] B15)含有B3)所述重组载体的转基因植物组织；
[0044] B16)含有B4)所述重组载体的转基因植物组织；
[0045] B17)含有B1)所述核酸分子的转基因植物器官；
[0046] B18)含有B2)所述表达盒的转基因植物器官；
[0047] B19)含有B3)所述重组载体的转基因植物器官；
[0048] B20)含有B4)所述重组载体的转基因植物器官。
[0049] 所述核酸分子具体为如下1)或2)或3)或4)所示的基因：
[0050] 1)SEQIDNo. 4 所示的DNA分子或cDNA分子；
[0051] 2)SEQIDNo. 11 所示的DNA分子或cDNA分子；
[0052] 3)在严格条件下与1)或2)限定的DNA分子或cDNA分子杂交且编码所述蛋白质 的DNA分子或cDNA分子；
[0053] 4)与1)或2)或3)限定的DNA分子或cDNA分子具有90%以上的同一性且编码 所述蛋白质的DNA分子或cDNA分子。
[0054] 为了解决以上技术问题，本发明还提供上述蛋白质和/或上述生物材料在调控植 物根毛生长和/或发育中的应用；
[0055] 所述调控植物根毛生长和/或发育具体为促进植物根毛生长和/或发育，体现为 植物的根毛长度增长和/或根毛密度提高；
[0056] 上述任一所述的方法、蛋白质、生物材料或应用中，所述植物或目的植物可为双子 叶植物或单子叶植物，具体可为十字花科植物，如拟南芥。
[0057] 本发明证明将突变的植物激素乙烯的受体基因进行过表达，可以显著提高植物根 毛长度和密度，同时并未改变植物的其他农艺性状。另外，由于植物激素乙烯的受体基因直 接来源于植物，因而在生物安全方面具有较小的风险性。最后，由于植物激素乙烯的受体基 因在其他各种重要农作物如水稻，玉米，小麦，大豆等中都有同源基因，因而在进行转基因 植物构建时具有更多的选择余地。本发明为利用基因工程手段培育高效吸收土壤养分的农 作物新品种提供基因资源，可用于培育高效吸收土壤养分的农作物新品种。
【附图说明】
[0058] 图1为Columbia-0生态型拟南芥（野生型拟南芥）和突变体erh的根毛形态和 根毛长度、密度的测量。
[0059] 图2为Columbia-0生态型拟南芥（野生型拟南芥）和突变体erh植株表型。
[0060] 图3为AtERSl基因的突变位点和不同物种中ERS1蛋白序列的比对结果。
[0061] 图4为遗传互补实验中转基因拟南芥的幼苗形态结果和主根根尖的根毛形态。
[0062] 图5为35S::mAtERSlgDNA转基因拟南芥的主根根尖的根毛形态和根毛长度、密 度的测量。
[0063] 以上各图中，野生型代表Columb