OsRL3.3蛋白在调控植物根发育中的应用的制作方法

本发明属于生物
技术领域：
，具体涉及osrl3.3蛋白在调控植物根发育中的应用，特别涉及osrl3.3蛋白在调控水稻根发育中的应用。
背景技术：
：水稻是世界三大粮食作物之一，灌溉稻是目前主要的水稻生产方式，其用水量占全国用水量的54％左右，占全国农业用水量的65％以上。研究表明，目前灌溉稻的大部分耗水并非生育本身所需求，而是因为未能有效利用所致。另一方面，全世界近一半的水稻种植面积处在缺水的状态下，严重影响了其产量的提高，我国很多地区由于相对缺乏灌溉用水，致使水稻生产难以发展，一定程度上影响了耕地资源的充分利用。充满活力的根系是高等植物从土壤中充分吸收水分、营养以及感知土壤环境的重要保证。因此，根系改良是培育优良的适宜节水抗旱种植的水稻品种的关键。根长和根粗被抗旱育种家认为是抗旱品种最有潜力的改良性状。长根有利于植物吸收深土层中的水分和营养，提高在干旱环境下的生存能力，是抗旱植物重要的形态特征之一。水稻根系基因的克隆可以为水稻抗旱品种的选育提供指导意义。由于根系生长环境的复杂性及根系研究方法和手段的局限性使水稻根系的遗传研究相对落后，相对于地上部分的研究和了解，根系的研究相对薄弱。自1996年以来，利用传统的双亲连锁定位方法，数以百计的根系qtl被定位到，但直到2013年才通过正向遗传学的方式克隆定位到第一个根部性状的相关基因——dro1，它通过控制根角度而提高深根比例，在大田干旱条件下能极大的改善水稻抗旱性，并真正地运用到育种实践中。随着全球水资源短缺情况的扩大，根长相关基因的鉴定、遗传构型的解析有利于水稻抗旱节水种质资源的筛选和有效利用。利用传统育种方法培育个根系发达的抗旱水稻品种周期长、偶然性大，所培育的品种不稳定，进展比较缓慢；而利用基因工程技术可以直接在基因水平上改造植物的遗传背景，定向改造植物的遗传性状。外源基因的转入丰富了基因资源，弥补了常规育种方法的不足，是抗旱品种选育的有效途径之一。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是如何调控植物根系发育。为了解决上述技术问题，本发明首先提供了osrl3.3蛋白的新用途。本发明提供了osrl3.3蛋白在调控植物根长和/或根数和/或初生根发育和/或苗长中的应用；所述osrl3.3蛋白是如下a)或b)或c)或d)的蛋白质：a)氨基酸序列是序列2所示的蛋白质；b)在序列2所示的蛋白质的n端和/或c端连接标签得到的融合蛋白质；c)将序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质；d)与序列2所示的氨基酸序列具有75％或75％以上的同源性且具有相同功能的蛋白质。为了解决上述技术问题，本发明还提供了与osrl3.3蛋白相关的生物材料的新用途。本发明提供了与osrl3.3蛋白相关的生物材料在调控植物根长和/或根数和/或初生根发育和/或苗长中的应用；所述与osrl3.3蛋白相关的生物材料为下述a1)至a12)中的任一种：a1)编码osrl3.3蛋白的核酸分子；a2)含有a1)所述核酸分子的表达盒；a3)含有a1)所述核酸分子的重组载体；a4)含有a2)所述表达盒的重组载体；a5)含有a1)所述核酸分子的重组微生物；a6)含有a2)所述表达盒的重组微生物；a7)含有a3)所述重组载体的重组微生物；a8)含有a4)所述重组载体的重组微生物；a9)含有a1)所述核酸分子的转基因植物细胞系；a10)含有a2)所述表达盒的转基因植物细胞系；a11)含有a3)所述重组载体的转基因植物细胞系；a12)含有a4)所述重组载体的转基因植物细胞系。上述应用中，a1)所述核酸分子为如下1)或2)或3)所示的基因：1)其编码序列是序列1所示的cdna分子或dna分子；2)与1)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码osrl3.3蛋白的cdna分子或基因组dna分子；3)在严格条件下与1)或2)限定的核苷酸序列杂交，且编码osrl3.3蛋白的cdna分子或基因组dna分子。上述应用中，所述调控为减小。本发明还提供了osrl3.3蛋白或与osrl3.3蛋白相关的生物材料的新用途。本发明提供了osrl3.3蛋白或与osrl3.3蛋白相关的生物材料在培育根长减少和/或根数减少和/或苗长减少的植物中的应用。本发明还提供了osrl3.3蛋白或与osrl3.3蛋白相关的生物材料在改良植物根系性状中的应用。本发明还提供了osrl3.3蛋白或与osrl3.3蛋白相关的生物材料在植物育种中的应用。本发明的最后一个目的是提供一种培育根长减少和/或根数减少和/或苗长减少的植物的方法，包括降低植物中osrl3.3蛋白的含量和/或活性，从而减小植物的根长和/或根数和/或苗长。上述应用或方法中，所述植物为单子叶植物或双子叶植物，所述单子叶植物具体可为禾本科植物；所述禾本科植物具体可为水稻；所述水稻具体可为突变体ti-osrl3.3或野生型水稻hwayoung。本发明提供了osrl3.3蛋白及其编码基因在调控植物根发育中的应用。通过实验证明：osrl3.3基因突变可以影响水稻根系的正常发育，减少植物根长、根数和苗长，并影响初生根的发育。说明osrl3.3基因具有调控水稻根长、根数和苗长及初生根发育的功能，可用于水稻根系性状的改良。附图说明图1为795份不同品种苗期根长水培鉴定及根长表型分布直方图。图2为mlm模型下qmrl3.3qtl区域内基因osrl3.3的发掘。顶部manhattan图中，大红色点代表位于osrl3.3内的所有snp位点；中间份红色点表示在根长性状高低池间存在显著差异的snp位点；下方蓝色点代表连锁定位亲本存在差异的snp位点。底部长方形表示注释基因，淡蓝色表示非候选基因，红色表示筛选后的候选基因osrl3.3。图3为t-dna插入突变体系ti-osrl3.3表型鉴定。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。下述实施例中的营养液由溶剂和溶质组成，溶剂为水，溶质及其浓度如下：1.43mmnh4no3，0.27mmnah2po4·2h2o，0.51mmk2so4，1.0mmcacl2，1.46mmmnso4·7h2o，0.19mmna2sio3，9.5μmmncl2·4h2o，7.5×10-2μm(nh4)6mo7o24·4h2o，18.8μmh3bo3，0.15μmznso4·7h2o，0.16μmcuso4·5h2o，35.6μmfecl3·6h2o。实施例1、水稻osrl3.3的获得及其序列分析一、水稻osrl3.3的获得以795份苗期栽培稻种质(包括506份籼稻和289份粳稻)为关联分析群体，对关联分析群体的基因型和根长表型进行分析和鉴定。具体步骤如下：1、采用水培的方法对关联分析群体的根长进行表型鉴定1)首先，用无菌水清洗种子后，置于32℃组培室内64h进行催芽。2)每品种选择5颗出芽正常，生长势一致的种子移栽到纱布为底的泡沫板上(30cm×42cm)。每个泡沫板可种植22个品种(110株)，以及作为保护行的20株水稻，每两个泡沫板可置于同一个装满营养液的蓝色塑料盒中。3)水稻生长过程中，每天两次调整ph值和营养液浓度，ph值保持在5.5左右，营养液每周更换，具体如图1a和1b所示。4)利用excel2010和ibmspssstatistics22统计软件对795份栽培稻材料的根长表型数据进行统计分析。根长表型直方分布图如图1c所示。2、采用mlm模型对根长性状进行全基因组关联分析采用mlm模型对根长性状进行全基因组关联分析，然后结合连锁分析和高低筛选候选基因(图2)。最终获得osrl3.3基因，该基因cdna序列全长为3657bp，其核苷酸序列如序列1所示。osrl3.3基因编码的osrl3.3蛋白的氨基酸序列为序列2。二、水稻osrl3.3的结构分析水稻根长基因osrl3.3经msu(http://rice.plantbiology.msu.edu/)网站预测编码外被体α-亚基蛋白，含有3个外显子和2个内含子。实施例2、水稻osrl3.3突变体的获得及osrl3.3的功能分析一、水稻osrl3.3突变体的获得突变体ti-osrl3.3购自韩国突变体库(网址为：http://cbi.khu.ac.kr/risd_db.html)，产品目录号为pfg_1d-03332.l。二、水稻osrl3.3的功能分析用无菌水清洗突变体ti-osrl3.3及野生型水稻品种hwayoung(hy)种子，然后每个水稻品种取5粒置于ms固体培养基，光暗交替培养12d。然后分别对突变体ti-osrl3.3及野生型水稻品种hwayoung(hy)的根长(即每株水稻的最长根长)、根数、初生根和苗长进行检测，结果取平均值。结果如表1和图3所示。从表中可以看出：突变体系ti-osrl3.3的根长、根数和苗长显著小于野生型对照，且突变体ti-osrl3.3出芽5天后，仍未观察到初生根(胚根)的生长(图3b)；野生型对照出芽两到三天即可看到初生根。表明osrl3.3基因突变影响了水稻根系的正常发育，osrl3.3基因具有控制水稻根长、根数、初生根发育和苗长的功能。表1、突变体系ti-osrl3.3和野生型的表型鉴定材料基因编号根长(cm)根数苗长(cm)wt(hy)-10.79±1.228.33±1.1816.23±0.81ti-osrl3.3loc_os03g503505.5±0.78**5.2±1.64**6.02±1.66**注：**表示差异显著。序列表<110>中国农业大学<120>osrl3.3蛋白在调控植物根发育中的应用<160>2<210>1<211>3657bp<212>dna<213>人工序列<220><223><400>1atgctgaccaagttcgagacgaagagcaaccgggtgaaggggctgagcttccacccgcgg60cggccatggatcctggccagcctccacagcggggtgatccagatgtgggactaccgcatg120ggcaccctcctcgaccgcttcgacgagcacgacggccccgtccgcggcgtccacttccac180gccacgcagccgctcttcgtctccggaggtgatgattacaagattaaggtatggaattac240aagacacaccgttgcctcttcacgcttcatggccaccttgactacattcgcacggtgcaa300ttccaccacgagtgcccgtggatcgtaagtgccagtgatgaccagacaatccggatctgg360aactggcagtcacgcacatgtgtggctgtgctcactgggcataaccattatgtcatgtgt420gcatctttccaccctaaggaggatctggttgtttcagcatctcttgatcagactgtccgt480gtctgggatattagtgctttgaggaagaagtcagtgtcacctgcggatgacatcctgcgt540ctcacccagatgaacacagatctgtttggaggtgttgacgcggttgtaaaatatgtgttg600gaagggcatgatcgtggggtcaactgggcttcatttcatcccacgttgccactaattgtt660tctggggcagatgatcggcaagtgaagatatggagaatgaatgacaccaaggcttgggaa720gttgatactttgcgggggcacatgaataacgtgtcctgtgtgatgttccatgcaaagcaa780gacatcatagtgtccaactcagaggacaaaagcattcgcatctgggatgccacaaagcga840accggtattcaaacgttcaggcgggagcatgatcgtttctggattctttctgctcaccct900gagatgaatcttcttgccgctggtcatgacagtgg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