水稻转录因子Os02g47744基因CDS序列的应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及水稻转录因子Os02g47744基因CDS序列的应用，其是利用转录因子激活基序VP64与水稻转录因子Os02g47744融合构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基因转化到农作物如水稻中，从而改良水稻籽粒性状，例如增加水稻籽粒宽度。对于详细阐明调控种子发育机理具有重要的理论价值，并且可以通过转基因手段，改良水稻的粒型，因此在生产实践中也具有重要意义。
【专利说明】水稻转录因子0s02g47744基因CDS序列的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基因工程领域，具体地说，涉及水稻转录因子〇s〇2g47744基因⑶S序 列的应用。
【背景技术】
[0002] 水稻（OryzasativaL.)是我国和全世界最重要的三大粮食作物之一，是世界一 半以上人口的主食，也是一个重要的功能基因研究的模式植物。与其相关的遗传学和分子 生物学研究一直倍受研究者的重视，转录水平的调控是基因表达调控的重要方式。当前水 稻增产的研究较依赖于有限的水稻种质资源，传统的杂交育种优势正在逐渐减弱，而水稻 转基因技术有可能发掘水稻进一步增产的潜力。
[0003] 在植物界中，能形成种子的植物约占植物总数的三分之二以上，作为重要的繁殖 器官，种子同时也为人们提供食物来源，水稻就是其中的重要代表，种子来源于受精后的胚 珠。从分子生物学的角度来说，种子的发育和萌发是一个有次序的、选择性的基因表达过 程。而转录因子在基因表达的精确调控中起到了关键性的作用。
[0004] 禾谷类作物的产量很大程度上取决于其籽粒的大小，因此水稻籽粒性状的基因调 控是重要的研究领域。MYB蛋白是植物体内最大的一类转录因子，调控着植物体内众多基因 的转录，通过MYB结构域与启动子中的顺式作用元件（cis-actingelement)结合，调控其 靶位基因的表达，在植物生长发育过程中起到非常重要的作用。完整的MYB主要由3部分结 构组成：DNA结合结构域（DNAbindingdomain，DBD)、转录激活结构域（transactivation domain，TAD)和负调节区域（negativeregulatorydomain，NRD)。其中，DNA结合区域 (DBD)是MYB最关键的结构域，通常含有3类不完全重复因子，用Rl、R2和R3表示，每个重 复因子含有51?53个氨基酸序列，每隔18个氨基酸中含有一个色氨酸残基或其他疏水基 团，这些氨基酸序列形成螺旋一转角一螺旋（HTH)结构，以色氨酸残基为中心形成3维的核 心结构。
[0005] 分子杂交技术证实了花器官中普遍存在特异性表达的MYB转录因子，包括十字 花科拟南芥中的MYB26和MYB103,茄科烟草（Nic-otianatabacum)中的NtMYBASl和 NtMYBAS2,禾本科玉米（Zeamays)中的ZmMYBP2。基因突变分析揭示了MYB类转录因子在 花粉发育过程中的功能，包括控制绒毯层的形态及其细胞程序性死亡（programmedcell death，PCD)、胼胝质的动态变化、光合产物的运输以及花药开裂等，花粉发育相关的MYB类 转录因子功能异常均有可能导致部分甚至完全雄性不育（malesterility)。
[0006] MYB转录因子在花粉发育过程中起到非常重要的作用。近年来，MYB功能基因组 研究表明，植物小孢子发生过程和雄配子体发生过程中MYB转录因子通过调节相关功能基 因的表达，进而引发一系列的生化反应和生理变化，促进小孢子母细胞发育成正常可育的 花粉。整个转录调控中如果出现MYB转录因子表达异常，基因沉默或过量表达，都会影响 花药的正常发育，形成空泡状、畸形花粉，导致部分雄性不育甚至完全雄性不育。在植物花 粉发育过程中，MYB转录因子通过调控MST家族基因表达进而调节光合产物的运输。Zhang 等（ZhangH,LiangWQ.etal. (2010)CarbonstarvedantherencodesaMYBdomain proteinthatregulatessugarpartitioningrequiredforricepollendevelopment .)克隆了水稻绒毯层特异性表达的CSA(carbonstarvedanther)基因，该基因属于 R2R3-MYB转录因子，csa水稻突变体绒毡层中MST8的转录水平显著下降，由于光合产物不 能运输到花药中，没有充足的营养保证花粉发育的正常进行，以致出现空泡状花粉。
[0007] MYB转录因子在环境因子、激素以及其他转录因子的调控下表达，进一步调控MYB 转录因子的目标基因转录，从而达到控制花粉发育过程的作用。以MYB80 /UNDEAD为例， 绒毡层P⑶对于功能性花粉形成具有非常重要的作用，抑制或延迟P⑶导致绒毡层肥大且 液泡化，使其不能正常完成生理功能，致使植株出现雄性不育。总之，控制水稻籽粒发育是 一个复杂过程，涉及到多基因多条途径的协调控制，目前发现调控该性状的基因不多，调控 籽粒发育的分子机理尚未阐明，因此，寻找控制籽粒性状发育的基因和新的发掘手段对作 物改良并提高作物产量具有重要意义。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供水稻转录因子0s02g47744基因⑶S序列的应用。
[0009] 为了实现本发明目的，本发明首先提供一种组成型水稻转录因子，即融合蛋白 (VP16)4-Linker-0s02g47744。
[0010] 其中，VP16为来自单纯疱疹病毒的VP16蛋白，将4个VP16功能域基序融合在一起 可构成一类增强子，增强转录因子的功能，从而在转基因植株中出现更明显的表型变化。上 述融合蛋白中涉及的（VP16)4，即VP64是由4个VP16蛋白的氨基酸序列以Gly-Ser为间隔 形成的融合蛋白，其氨基酸序列和核苷酸序列分别如SEQIDNo. 10和SEQIDNo. 4所示。 [0011] 上述融合蛋白中涉及的Linker由39个柔性氨基酸串联而成，其氨基酸序列如SEQ IDNo. 9所示，编码该Linker的核苷酸序列如SEQIDNo. 3所示。
[0012] 上述融合蛋白中涉及的0s02g47744为水稻转录因子0s02g47744,其氨基酸序列 如SEQIDNo. 2所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能 的氨基酸序列；水稻转录因子0s02g47744基因的⑶S序列为：SEQIDNo. 1所示的核苷酸 序列。
[0013] 本发明还提供编码所述组成型水稻转录因子的基因，以及在严格条件下，可与该 基因的核苷酸序列发生杂交的核苷酸序列。
[0014] 本发明还提供含有编码所述组成型水稻转录因子的基因的载体、工程菌及细胞 系。
[0015] 所述载体的构建方法如下：
[0016] (1)在植物转录因子数据库（http://rice,plantbiology.msu.edu/analyses_ search_locus.shtml)中找到0s02g47744基因，根据其序列设计PCR扩增引物对，其为正向 引物F:5' -CAAAAAAGCAGGCTTCATGAGTTCATCCTGGACAAC-3' 和反向引物R:5'-CAAGAAAGCTGGG TCTCACTGAAAGTTGTGGTAC-3' 。
[0017] (2)以野生日本晴'kitaake'水稻总cDNA为模板，利用上述引物F和R进行PCR， 获得0s02g47744基因完整的CDS序列。
[0018] (3)将上述PCR产物克隆到pDONER克隆载体上，经测序鉴定得到与目的基因完全 相同的序列。
[0019] (4)以植物双元表达载体pCambial301_UbiN(图6)左右边界包含的序列为骨架 序列，通过体外重组，将ubipromoter-VP64-Gateway表达单兀、35Spromoter-asRED表达 单元和35Spromoter-hyg表达单元与之融合构建，得到载体nVP64-hyg-asRED的全序列如 SEQIDNo. 5 所示。
[0020] (5)通过LR反应将0s02g47744基因的CDS序列构建到其目的基因的5'端连有 VP64编码基因的植物表达载体nVP64-hyg-asRED上，获得携带有编码所述组成型水稻转录 因子VP64-Linker-0s02g47744 基因的表达载体ubi:VP64-0s02g47744,其全序列如SEQID No. 6所示。
[0021] 上述表达载体可通过使用Ti质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、微注射、电穿 孔等常规生物技术方法导入植物细胞中（Weissbach，1998，MethodforPlantMolecular BiologyVIII，AcademyPress，NewYork，第 411-463 页；Geiserson和Corey，1998，Plant MolecularBiology,2ndEdition)。
[0022] 本发明还提供一种转基因水稻植株的构建方法，具体为：采用农杆菌介导的方法， 将上述表达载体转入水稻愈伤组织中，用含诱导剂和农杆菌的AAM培养液进行转化，转化 后的材料经过共培养-筛选-分化-生根-转基因苗的锻炼和移栽，筛选转基因水稻植株。
[0023] 本发明还提供编码所述组成型水稻转录因子的基因在改良水稻籽粒性状(例如增 加水稻粒宽及千粒重）中的应用。
[0024] 本发明还提供了用于扩增水稻转录因子0s02g47744基因⑶S序列的引物对，包括 正向引物F:5' -CAAAAAAGCAGGCTTCATGAGTTCATCCTGGACAAC-3' 和反向引物R:5'-CAAGAAAGC TGGGTCTCACTGAAAGTTGTGGTAC-3' 。
[0025] 本发明进一步提供水稻转录因子0s02g47744基因⑶S序列在调控水稻籽粒性状 中的应用。利用转录因子激活基序VP64(SEQIDNo. 10)与水稻转录因子0s02g47744融合 构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基因转化到农作物如水稻中， 从而改良转基因水稻籽粒的性状。
[0026] 前述的应用，是将水稻转录因子0s02g47744基因的⑶S序列构建到转录因子激活 基序VP64编码基因（SEQIDNo. 4)的下游，转化水稻，从而改良转基因水稻籽粒的性状。优 选将水稻转录因子0s02g47744基因的CDS序列通过Gateway系统转录因子激活基序VP64 编码基因的下游。
[0027] 本发明首次利用转录因子激活基序VP64 (即4个转录因子激活基序VP16)与水稻 转录因子〇s〇2g47744融合构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基 因转化到农作物如水稻中，从而改良水稻籽粒性状，例如水稻籽粒宽度增加。对于详细阐明 调控种子发育机理具有重要的理论价值，并且可以通过转基因手段，改良水稻的粒型，因此 在生产实践中也具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本发明实施例1中nVP64-hyg_asRED载体图谱。
[0029] 图2为本发明实施例1中ubi:VP64-0s02g47744载体图谱。
[0030] 图3为本发明实施例3中PCR检测VP64-0s02g47744转基因阳性株系，其中WT为 野生型水稻 'kitaake'，V2155H-ll、V2155H-35 为VP64-0s02g47744 转基因水稻株系。
[0031] 图4为本发明实施例4中转基因水稻籽粒性状的表型宽度的比较；其中WT为野生 型水稻 'kitaake'，V2155H-ll、V2155H-35 为VP64-0s02g47744 转基因水稻株系。
[0032] 图5为本发明实施例4中转基因水稻籽粒性状的数据统计分析结果；其中WT为野 生型水稻 'kitaake'，V2155H-ll、V2155H-35 为VP64-0s02g47744 转基因水稻株系。
[0033] 图6为本发明实施例1中pCambial301_UbiN载体图谱。
【具体实施方式】
[0034] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例 中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
[0035] 实施例1
[0036] 0s02g47744基因CDS序列的获得及植物表达载体的构建
[0037] 10s02g47744基因CDS序列的获得
[0038] 在植物转录因子数据库（http://rice.plantbiology.msu.edu/analyses_ search_locus.shtml)中找到0s02g47744基因，根据其序列设计PCR扩增引物，正向引物F: 5' -CAAAAAAGCAGGCTTCATGAGTTCATCCTGGACAAC-3' 和反向引物R:5'-CAAGAAAGCTGGGTCTCAC TGAAAGTTGTGGTAC-3'。以野生型日本晴'kitaake'水稻总cDNA为模板，利用引物F和R进 行PCR，获得0s02g47744基因完整的CDS序列（如SEQIDNo. 1所示)。
[0039] 2植物表达载体的构建
[0040] 将水稻转录因子0s02g47744基因的CDS序列通过Gateway系统构建到4个转录 因子激活基序VP16编码基因（如SEQIDNo. 4所示）的下游。
[0041] 2. 1将上述PCR产物克隆到pDONER克隆载体上
[0042] 按照PrimeSTAR聚合酶扩增体系和反应程序进行PCR。此过程中包含两轮 PCR，第一轮PCR的引物用加部分adaptorattB接头的基因引物（F和R)，而第二轮的 模板用第一轮的PCR产物，并且引物用完整的adaptorattB引物（attB5'adaptor: 5'-GTGGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTTC-3'，attB3'adaptor:5'-GTGGGGACCAC TTTGTACAAGAAAGCTGGGTC-3'）。将PCR产物克隆到pDONER克隆载体(购自Invitrogen)上， 经测序鉴定得到与目的基因完全相同的序列。
[0043] 2. 2植物表达载体的构建
[0044] 以植物双元表达载体pCambial301_UbiN(图6)左右边界包含的序列为骨架序列， 通过体外重组，将ubipromoter-VP64-Gateway表达单兀、35Spromoter-asRED表达单兀和 35Spromoter-hyg表达单元与之融合构建，得到载体nVP64_hyg_asRED的全序列如SEQID No. 5所示，载体图谱见图1。
[0045] 表达载体nVP64-hyg_asRED含有Gateway重组系统，pDONR带有目的基因的质粒 作为入门载体（Enteryvector),通过LR反应可完成目的基因表达载体的构建。
[0046] 通过LR反应将0s05g27980基因的CDS序列构建到其目的基因的5'端连有VP64 编码基因的植物表达载体nVP64-hyg-asRED上，获得携带有编码所述组成型水稻转录因 子VP64-Linker-0s05g27980 基因的表达载体ubi:VP64-0s05g27980,其全序列如SEQID No. 6所示，载体图谱见图2。
[0047] LR反应体系如下：
[0048] 表达载体 Ιμ? ( 30-50ng ) 入门载体（pDONR-gene ) Ιμ? ( 30-50ng ) LRClonase Enzyme Mix Ιμ? CldH2O 2μ1 总体积 5μ1
[0049]于25°C反应过夜。用反应体系转化大肠杆菌DH5a，筛选阳性克隆。
[0050] 实施例2转基因水稻植株的获得
[0051] 取水稻'kitaake'成熟种子，人工或机械脱壳，挑选饱满光洁无菌斑的种子经消毒 之后接种到诱导培养基上进行诱导培养。选择外观良好，生长力好的水稻愈伤组织为受体 材料，采用农杆菌介导法将ubi:VP64-0s02g47744转入水稻愈伤组织中，用含有100μM的 乙酰丁香酮和OD值为0. 7的农杆菌的AAM培养液进行转化，将转化液浸泡过的愈伤组织置 于共培养基上进行共培养，25°C暗培养3d后置于筛选培养基上培养约30d，每IOd继代一 次。然后将筛出的抗性愈伤转移到分化培养基上分化约20d，每IOd继代一次。将分化出绿 色小苗的抗性愈伤转移到生根培养基上生根，待约7d长出发达根系后炼苗，并计算转化所 获转基因苗数。炼苗7d后转移至大田生长。获得40株转基因苗。
[0052] 本实施例中涉及的培养基配方如下：
[0053] 诱导培养基：N6大量+B5微量+NB有机+铁盐+铜钴母液+2. 5mg/L2, 4D+0. 6g/L 酸水解酪蛋白+2. 878g/L脯氨酸+0. 5g/L谷氨酰胺+30g/L鹿糖，以水配制，调pH至5. 8? 5. 9后加入植物凝胶4g/L。
[0054] 共培养基：N6大量+B5微量+NB有机+铁盐+2. 5mg/L2, 4D+0. 5g/L谷氨酰胺 +0. 6g/L酸水解酪蛋白+10g/L葡萄糖+30g/L鹿糖，以水配制，调pH至5. 2后加入植物凝胶 4g/L。灭菌后，50°C左右加入AS(乙酰丁香酮）100?200μg/mL。
[0055] 筛选培养基：N6大量+B5微量+NB有机+铁盐+铜钴母液+2. 5mg/L2, 4D+0. 6g/L 酸水解酪蛋白+2. 878g/L脯氨酸+0. 5g/L谷氨酰胺+30g/L鹿糖，以水配制，调pH至5. 8? 5. 9后加入植物凝胶4g/L。灭菌后加入35mg/L潮霉素(购自上海纽津生物技术有限公司）。
[0056] 分化培养基：MS无机+MS-B5微量+MS有机+铁盐+MS-铜钴母液+0. 05mg/ LNAA+2.Omg/LKinetin(激动素）+30g/L山梨醇+2g/L水解酪蛋白+30g/L蔗糖，以水配制， 调pH至5. 8?5. 9后加入植物凝胶4g/L。
[0057] 实施例3转基因阳性株系的鉴定
[0058] 为检测实施例2获得的VP64-0s02g47744转基因水稻株系中ubi: VP64-0s02g47744基因在T2代转基因水稻（V2155H-11、V2155H-35)中的过表达情况，本实 施例在载体与目的基因接头处设计引物（正向引物：5'-GTGGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGC TTC-3' 和反向引物：5'-GTGGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTC-3'）进行PCR检测，得到了明 显的特异性条带。由图3可见，扩增出的条带大小在250bp以上，且引物是在载体与目的基 因接头处设计的，扩增出的片段大小与目的基因（306bp)基本一致。因此可以说明，实施例 2获得的转基因水稻株系V2155H-1UV2155H-35中含有VP64-0s02g47744融合基因。
[0059] 实施例4转基因水稻表型分析和考种分析
[0060] 将实施例2获得的转基因水稻株系V2155H-1UV2155H-35和野生型水稻种子进行 比较，从表型上可以明显的看出，发现转基因材料的籽粒明显变宽（图4)。考种数据分析表 明（图5)，本发明获得的VP64-0s02g47744转基因水稻籽粒的宽显著大于野生型水稻籽粒。
[0061] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在 本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因 此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
【权利要求】
1. 一种组成型水稻转录因子，其特征在于，其为融合蛋白（VP16)4-Linker-〇s02g47744 ； 其中，VP16为来自单纯疱疹病毒的VP16蛋白，（VP16)4是由4个VP16蛋白的氨基酸 序列以Gly-Ser为间隔形成的融合蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID No. 10所示；Linker由39 个柔性氨基酸串联而成，其氨基酸序列如SEQ ID No. 9所示；0s02g47744为水稻转录因子 0s02g47744,其氨基酸序列如SEQ ID No. 2所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或几个 氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。
2. 编码权利要求1所述组成型水稻转录因子的基因。
3. 含有权利要求2所述基因的载体。
4. 含有权利要求2所述基因的工程菌。
5. -种转基因水稻植株的构建方法，其特征在于，采用农杆菌介导的方法，将权利要求 3所述的载体转入水稻愈伤组织中，用含诱导剂和农杆菌的AAM培养液进行转化，转化后的 材料经过共培养-筛选-分化-生根-转基因苗的锻炼和移栽，筛选转基因水稻植株。
6. 权利要求2所述的基因在改良水稻籽粒性状中的应用。
7. 用于扩增水稻转录因子0s02g47744基因CDS序列的引物对，其特征在于， 包括正向引物 F :5' -CAAAAAAGCAGGCTTCATGAG ITCATCCTGGACAAC-3' 和反向引物 R : 5'-CAAGAAAGCTGGGT CTCACTGAAAGTTGTGGTAC-3' ； 其中，水稻转录因子0s02g47744基因的⑶S序列为： SEQ ID No. 1所示的核苷酸序列。
8. 水稻转录因子0s02g47744基因CDS序列在调控水稻籽粒性状中的应用。
9. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于，其是利用转录因子激活基序VP64与水稻 转录因子〇s〇2g47744融合构建得到组成型转录因子，并将编码所述组成型转录因子的基 因转化水稻，从而改良转基因水稻籽粒的性状； 其中，所述转录因子激活基序VP64的氨基酸序列如SEQ ID No. 10所示。
10. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于，其是将水稻转录因子0s02g47744基因 的⑶S序列通过Gateway系统构建到转录因子激活基序VP64编码基因的下游，转化水稻， 从而改良转基因水稻籽粒的性状； 其中，所述转录因子激活基序VP64编码基因的核苷酸序列如SEQ ID No. 4所示。
【文档编号】C07K19/00GK104341525SQ201310347011
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】赵涛, 张传玉, 李宏宇, 刘斌, 刘军, 林辰涛 申请人:中国农业科学院作物科学研究所