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月季RhSEP3基因及其在调控植物花器官发育中的应用

花匠小妙招
2024-09-17 19:35

本发明涉及植物基因工程，具体涉及一种月季rhsep3基因及其在调控植物花器官发育中的应用。

背景技术：

1、高温是影响植物生长发育繁殖的主要非生物胁迫因素之一，作为影响月季生长发育的重要环境诱因，会引起切花月季卡罗拉的植株发育异常，引发如变叶病、弯梗现象等生理性病害(石力匀等，2018)，导致花朵畸形，从而严重影响切花月季的观赏性状和经济价值。月季花变叶现象是指花器官部分或全部被类似叶片的结构代替,形成“花变叶”的非正常状态(李菁博等，2010)。月季弯梗现象不同于因水分胁迫导致的弯颈，是月季在生长发育过程中，由于花梗朝一侧弯曲，导致花器官无法正常打开(石力匀等，2020)。月季弯梗植株中花朵第一轮器官的萼片发生叶变、面积变大且下落现象，同时伴随第二轮花瓣的萼瓣化现象出现。研究表明激素在月季植株从营养生长到生殖生长过程中的不均衡分布是萼片叶变的主要原因，同时会引发花瓣的萼变(cook o f，1926；bond t，1945)。此外mads-box基因家族作为花器官发育的重要调控因子，这种畸形现象或许与该家族转录因子表达异常有关，其分子机制也有待进一步探究。

2、在拟南芥中通过反向遗传学分析揭示了一组大量冗余的mads-box基因，称为sepallata1(sep1)、sep2、sep3和sep4。在sep1、sep2、sep3三突变体中，花的所有轮生器官都发育成萼片，并从花分生组织的中心区发育成新的花序，使得花的发育变得不确定(pelaz等，2000)；在sep1、sep2、sep3、sep4四倍突变体中，在所有轮生的不确定“花”中都产生了营养器官叶片而不是萼片(ditta g et al，2004)。在拟南芥中，sep基因是决定植物开花状态的重要因素。sep3是一个e类功能基因，是sep mads-box亚家族的成员(zahn et al，2005)。虽然sep基因的功能是高度冗余的，但sep3似乎在花和胚珠发育中比sep1、2、4更重要(castillejo c et al，2005；favaro r et al，2003)。sep亚家族系统发育研究表明(zahn et al，2005)，大约3亿年前被子植物的基因重复导致了两个sep谱系，一个包含sep3，另一个经历了至少两次以上的重复事件，导致sep1、sep2和sep4。由于sep3比其他sep基因进化的时间要长得多，可能在这段时间内获得了将其与其他sep基因区分开来的功能。

3、综上，利用基因编辑技术改良植物花型成为了行之有效的方法之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种月季rhsep3基因及其在调控植物花器官发育中的应用；本发明首先将rhsep3基因的核苷酸编码序列克隆；表达载体构建，然后将rhsep3基因的完整翻译区与花椰菜花叶病毒启动子结合后转入植物体(宿主烟草)内，得到rhsep3超表达植株；对转基因烟草进行表型观察，以评估该基因在调节植物花发育中的应用前景。

2、转基因烟草的花器官中萼片和花瓣数量增多、花瓣颜色变浅且开花期显著提前。本发明为今后通过基因编辑技术过表达该基因改变植物花型，培育月季新品种具有重要的参考意义。

3、为实现上述目的，本发明所设计一种月季rhsep3基因，其核苷酸序列如seq idno.1所示。

4、本发明还提供了一种上述基因编码的蛋白rhsep3，其氨基酸序列如seq id no.2所示。

5、本发明还提供了一种用于获得上述rhsep3基因的引物对，所述引物对为：

6、rhsep3正向引物：5’-gagagaagagaaatggggagggg-3’，

7、rhsep3反向引物：5’-ggcttcaccacacagagttgctt-3’。

8、获得上述rhsep3基因的方法如下：

9、以月季‘卡罗拉’花芽cdna为模板和上述rhsep3基因的引物对，进行pcr扩增，纯化得到rhsep3基因；其中，

10、pcr体系：

11、

12、

13、pcr条件：

14、

15、本发明还提供了一种重组表达载体，所述重组表达载体含有上述rhsep3基因的植物表达载体，其中，所述植物表达载体为pcambia2300s。

16、上述重组表达载体的构建方法，包括以下步骤：

17、将目的片段连接克隆载体pclone007 versatile simple vector kit中，然后进行将含目的基因的克隆载体pclone007-rhsep3和pcambia2300s用smai和xbaⅰ双酶切进行酶切，再将得到的目的片段连接到酶切过的pcambia2300s载体上即得到重组表达载体pcambia2300s-rhsep3。

18、本发明还提供了一种含有上述的重组表达载体的宿主细胞，所述宿主细胞为农杆菌gv3101。

19、下述各项之一在调控植物花器官发育中的应用，它包括：

20、(1)上述的rhsep3基因；

21、(2)上述的重组表达载体；

22、(3)上述的宿主细胞。

23、作为优选方案，所述植物为烟草或月季。

24、下述各项之一在培育新花型的新植物品种中的应用，它包括：

25、(1)上述的rhsep3基因；

26、(2)上述的重组表达载体；

27、(3)上述的宿主细胞。

28、本发明的有益效果：

29、本发明基因命名为rhsep3。通过构建超量表达载体pcambia2300s-rhsep3导入到烟草中，得到转基因烟草。转基因草相较于对照烟草开花时间显著提前，萼片和花瓣数量增加且花瓣颜色发生变化。rhsep3基因为我们通过植物基因工程的手段调控植物的花发育提供了分子生物学基础。该基因的应用将有助于改变植物花型，缩短开花时间，改善植物品质，培育性状优良新品种。

30、综上所述：本发明可以通过基因编辑技术调控植物花器官发育，改变植物的花型，提高植物的产量和观赏性。

技术特征：

1.一种月季rhsep3基因，其核苷酸序列如seq id no.1所示。

2.一种权利要求1所述基因编码的蛋白rhsep3，其氨基酸序列如seq id no.2所示。

3.一种用于获得权利要求1所述rhsep3基因的引物对，其特征在于：所述引物对为：

4.一种重组表达载体，其特征在于：所述重组表达载体含有权利要求1所述rhsep3基因的植物表达载体，其中，所述植物表达载体为pcambia2300s。

5.一种含有权利要求4所述的重组表达载体的宿主细胞，其特征在于：所述宿主细胞为农杆菌gv3101。

6.下述各项之一在调控植物花器官发育中的应用，其特征在于：它包括：

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述植物为烟草或月季。

8.下述各项之一在培育新花型的新植物品种中的应用，其特征在于：它包括：

技术总结
本发明公开一种月季RhSEP3基因及其在调控植物花器官发育中的应用；所述月季‘卡罗拉’RhSEP3基因核苷酸序列如SEQ ID No.1所示；其对应的蛋白质的序列如SEQ ID NO：2所示。该RhSEP3基因在烟草中超量表达，可以增加烟草萼片和花瓣的数量、改变花瓣颜色。本发明为月季畸形花发育分子机理研究奠定基础，为今后通过基因编辑技术培育月季新花型品种提供优良基因，对月季品种的培育具有实践意义。

技术研发人员：石力匀,申玉晓,王凯璇,王政,王晗,尚文倩
受保护的技术使用者：河南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15