一种调控甘蔗萌发速率的ShN/AINV3.1基因及其应用

本发明属于基因工程，具体涉及一种调控甘蔗萌发速率的shn/ainv3.1基因及其应用。

背景技术：

1、甘蔗(saccharum spp.)是我国与世界最为重要的糖料作物，是我国主要的制糖原料，全国食糖总产量约90％来自甘蔗。

2、在植物中，蔗糖转化酶(ec 3.2.1.26,inv)催化蔗糖不可逆水解为葡萄糖和果糖，是调节蔗糖代谢的关键酶。此外，蔗糖转化酶还被证明对植物生长和发育、器官形成、糖转运、胁迫响应、碳分配，韧皮部卸载和源/库调节以及调节库组织中糖的组成和水平的许多方面都有贡献。

3、蔗糖转化酶根据ph值的不同分为酸性转化酶亚家族(acid inv sub-family)和中性/碱性转化酶亚家族(neutral/alkaline inv sub-family,即n/ainv)两大类，其中，酸性转化酶，又可以细分为细胞壁转化酶(cell wall invertase,cwinv)和液泡转化酶(vacuole invertase,vinv；又称为可溶性酸性转化酶soluble acid invertases,sainv)，而中性/碱性转化酶归为细胞质转化酶。

4、拟南芥中atinv基因的表达与花器官、种子的生长发育有关；拟南芥细胞壁转化酶活性增加会加速开花，使种子产量增加近30％。抑制烟草中的n/ainv基因表达会导致花粉发育受阻，并导致雄性不育。在番茄中抑制invinh1可以提高inv的活性，延缓叶片衰老并提高种子和果实产量。

5、研究表明，ghvin1介导的己糖信号可能作为早期事件控制调节基因的表达、进而调节胚珠表皮细胞的分化；ghvin1的沉默也通过糖信号抑制一组调控基因进而阻止棉纤维从胚珠表皮的萌生。用rnai技术抑制棉花的靶基因ghvin1，植株出现雌雄受精能力受损，其中种皮ghvin1表达量降低是雌花育性降低的主要原因。沉默番茄sin/ainv7基因会增加花粉的ros含量，降低花粉活性，形成孤雌果。将水稻osvin2突变导致该突变体籽粒变小，osvin2影响了蔗糖代谢，进而调节了籽粒大小。高粱sbvin1基因在种子发育的早期阶段开始表达，并在授粉后29天达到最高水平。

技术实现思路

1、本发明的目的在于深入探讨shn/ainv3.1基因在甘蔗种子萌发中的基因功能，以期对采用现代生物技术培育高效种子萌发速率的甘蔗品种具有重要的指导意义。

2、本发明提供了一种调控甘蔗萌发速率的shn/ainv3.1基因，其核苷酸序列如seqid no.1所示，具体为：

3、atgaagcgggtgtcgtcgcacgtctcgctggcctcggaggcggagatcaatctcgatctgtcgcgc

4、ctcatcatcgacaggccgcagcggttcacgctggagcggaagcgctccttcgacgagcagtcgtg

5、gagcgagctctcgcactcccactcccaccgcaacaacgacggcttcgacagcgtgctgcagtcgc

6、ccgcattcccgtccggcggattcgactcgcctttctccatcggcacgcatttcggcgggggcggccc

7、gcacccgctggtcaacgaggcgtgggaggcgctcaggaaatccgtcgtctacttccgggaacagc

8、ccgtcggtaccgtcgctgccgtggatcatgcgtccgaggaagtgctcaactatgatcaggtctttgt

9、gagggattttgttccgagtgcattggcttttctgatgaacaatgagactgacatagtgaagaatttt

10、ctcttgaaaactcttcaccttcagagctctgagaaaatggtagaccggttcaagcttggagcagga

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18、ataacatatacagatacaaaacagaagagtattcccacacagctgtgaacaagtttaacgtcattcc

19、ggattccattcctgattgggtgtttgatttcatgccatgccgaggaggctacttccttggcaatgtca

20、gccctgctatgatggatttccggtggtttgcccttggcaattgcattgccattgtatcatctctagcta

21、ccccagaacagtcagttgctataatggatctgattgaggaaaagtgggatgagctcgttggtgaga

22、tgcctctgaagatatgctatcctgctctcgagaatcatgagtggagaattatcactggctgtgaccc

23、caagaacacccggtggagttaccacaatggaggatcgtggccagttcttctgtggctgctgacagc

24、agcctgcatcaagactggtaggccacagatggcaaaacgtgccattgagctcgctgagtcgaggct

25、gctcaaggacggctggccggagtactacgatggcaagctaggaagattcgttggtaagcaggcca

26、ggaagttccaaacctggtccattgcaggttacctcgtcgcccgcatgatgctggaggacccatcaa

27、cactgatgatgatctccatggaggaggaccggcctgtgaagccgactatgcggcggtcagcatcatggaatgcctga。

28、本发明还提供了一种甘蔗shn/ainv3.1基因编码的蛋白质，所述的蛋白质的氨基酸序列如seq id no.2所示，具体为：

29、mkrvsshvslaseaeinldlsrliidrpqrftlerkrsfdeqswselshshshrnndgfdsvlqspafps

30、ggfdspfsigthfggggphplvneawealrksvvyfreqpvgtvaavdhaseevlnydqvfvrdfvp

31、salaflmnnetdivknfllktlhlqssekmvdrfklgagampasfkvdrnknrntetlvadfgesai

32、grvapvdsgfwwiillraytkytgdvslsespdcqkcmrlilnlclsegfdtfptllctdgcsmidrrm

33、giygypieiqalfymalrcalqmlkpegegkdfiekigqrlhaltyhmrnyfwldfhqlnniyrykte

34、eyshtavnkfnvipdsipdwvfdfmpcrggyflgnvspammdfrwfalgnciaivsslatpeqsvaim

35、dlieekwdelvgemplkicypalenhewriitgcdpkntrwsyhnggswpvllwlltaaciktgrpq

36、makraielaesrllkdgwpeyydgklgrfvgkqarkfqtwsiagylvarmmledpstlmmismeedrpvkptmrrsaswna*。

37、所述shn/ainv3.1基因编码蛋白定位于细胞高尔基体，高尔基体是蛋白质的加工场所，同时也跟植物细胞壁的形成有关，可增强甘蔗的蔗茎萌发速率。所述shn/ainv3.1基因及其生物材料可用于甘蔗种质资源改良，提高甘蔗的种子萌发速率。

38、本发明还提供了一种含有甘蔗shn/ainv3.1基因的生物材料。所述的生物材料为重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌。

39、所述的重组表达载体可用现有的植物表达载体进行构建，例如可以是双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。使用shn/ainv3.1基因构建重组表达载体时，可在其转录起始核苷酸前加上任何一种增强型、组成型、组织特异型或诱导型启动子，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用；此外，使用shn/ainv3.1基因构建重组表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。

40、携带有所述shn/ainv3.1基因的重组表达载体可通过ti质粒、ri质粒、植物病毒载体、直接dna转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化到植物细胞或组织中。

41、所述的表达盒尤其是指含有所述甘蔗shn/ainv3.1基因的表达盒。

42、所述的转基因细胞系尤其是指人工构建的稳定表达所述甘蔗shn/ainv3.1基因，或所述甘蔗shn/ainv3.1基因编码蛋白的转基因细胞系。

43、所述的重组菌尤其是指使用shn/ainv3.1基因构建的大肠杆菌或农杆菌。

44、本发明还提供了一种用于扩增甘蔗shn/ainv3.1基因的引物，该引物序列如seqid no.3-4所示，具体为：

45、f:5'-cgaggatccatgaagcgggtgtcgtcgca-3'；(下划线为bamhi酶切位点)

46、r:5'-cgaaggcctggcattccatgatgctgaccg-3'(下划线为stul酶切位点)。

47、进一步地，本发明还保护所述甘蔗shn/ainv3.1基因、所述甘蔗shn/ainv3.1基因编码的蛋白或含有该基因的所述生物材料在甘蔗种子以及蔗茎萌发调控中的应用。所述生物材料是指含有所述甘蔗shn/ainv3.1基因的重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌等。

48、进一步地，本发明还保护所述甘蔗shn/ainv3.1基因、所述甘蔗shn/ainv3.1基因编码的蛋白或含有该基因的所述生物材料在甘蔗种质资源改良中的应用。所述生物材料是指含有所述甘蔗shn/ainv3.1基因的重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌等。

49、进一步地，本发明还保护所述甘蔗shn/ainv3.1基因、所述甘蔗shn/ainv3.1基因编码的蛋白或含有该基因的所述生物材料在甘蔗育种中的应用，所述育种的目的为培育高萌发速率的甘蔗品种。所述生物材料是指含有所述甘蔗shn/ainv3.1基因的重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌等。

50、本发明通过遗传转化进行甘蔗shn/ainv3.1基因功能分析。利用农杆菌eha105将甘蔗中特有的基因shn/ainv3.1转入甘蔗中进行基因功能验证，结果发现超表达shn/ainv3.1基因可以显著提高甘蔗的萌发速率，提高了在同一时间内甘蔗萌发芽长，加速甘蔗萌发速度。本发明的研究对于甘蔗品种改良，促进甘蔗产业发展具有较好的意义和作用。