[发明专利]大豆开花调节基因GmCIB3、其编码蛋白及应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，特别是涉及大豆开花调节基因GmCIB3、其编码蛋白及其在植物光周期和开花时间调节中的应用。

背景技术

大豆是重要的农作物之一，是植物蛋白质、食用油、生物柴油以及异黄酮和卵磷脂等次生代谢产物的重要来源。因为大豆是短日植物，开花受光周期的严格控制，因而不同区域间的优异品种不能相互引种、生育期也受环境光周期的制约。如果能降低大豆对光周期的敏感性，突破大豆开花对光周期的限制，就能解决大豆的引种问题，从而实现各区域间优质品种的相互交换，丰富各地优异种质资源，调节大豆生育期，提高大豆产量和品质。虽然通过传统的栽培和遗传育种的方法在一定程度上改变大豆的生长习性，也获得一些光周期适应性较广的品种，但都没有从根本上改变大豆开花习性(赵存等，用光周期诱导法筛选光钝感的大豆品种(系).大豆科学.1996，15(1)：42-47；陈洁敏和杨方人，播期对大豆开花及产量的影响，大豆科学，1998，17(3)：225-230；杨志攀和周新安，大豆光周期遗传育种研究进展，中国油料作物学报，1999，21(1)：61-73；栾晓燕，满为群，杜维广，陈怡，刘鑫磊，大豆光钝感种质创新与光周期育种途径的研究，大豆科学，2004，23(3)：196-199)。其主要原因是目前对大豆开花分子机理的了解甚少，从而导致很难从根本上解决大豆的开花习性问题。

对拟南芥开花分子机理的研究表明，植物的开花受四条途径的控制，即光周期途径、自主途径、春化途径和赤霉素途径(Mouradov等，2002)，这些途径的信号最后都汇总到两个主要的整合子FT和SOC1，从而促进开花(Suarez-Lopez P，Wheatley K，Robson F，Onouchi H，Valverde F，Coupland G，CONSTANS mediates between the circadian clock and the control of flowering in Arabidopsis.Nature，2001，410：1116-20.；Hepworth SR，Valverde F，Ravenscroft D，Mouradov A，Coupland G.Antagonistic regulation of flowering-time gene SOC1 by CONSTANS and FLC via separate promoter motifs.EMBO J.2002.21(16)：4327-37)。隐花色素(cryptochrome)是从细菌到植物和动物三个物种中都存在的蓝光受体，调控植物的生长发育和动植物的生物钟(Cashmore AR.，Cell 114：537-543(2003).。Lin C.，Shalitin D.，Annu Rev Plant Biol 54：469-496(2003))。植物中至少含有两种隐花色素：CRY1和CRY2(Guo H，Yang H，Mockler TC，Lin C.，Science279：1360-1363(1998))。在拟南芥中CRY1主要调控蓝光控制的脱黄化作用，而CRY2主要调节开花的光周期活动(KoornneefM，Heynh.，Z Pflanzenphysiol Bd 100：147-160(1980))。除拟南芥外，还对藻类、苔藓、蕨类植物、番茄、油菜、豌豆和水稻中的隐花色素进行了相关研究。这些研究表明，在被子植物中，隐花色素调控生长发育的方式与拟南芥中的相同(ImmelnD，Schlesinger R，J Biol Chem282：21720-21728.(2007)；Imaizumi T，Kanegae T，WadaM.，Plant Cell12：81-96.(2000).；Imaizumi T，Kadota A，Plant Cell 14：373-386.(2002)；Ninu L，等，Plant J 18：551-556.(1999)；Giliberto L，等，Plant Physiol 137：199-208.(2005).；Chatterjee M，Sharma P，Plant Physiol141：61-74.(2006).；Platten JD，等，Plant Physiol 139：1472-1482.(2005)；Matsumoto N，Hirano T，Iwasaki T，Plant Physiol 133：1494-1503.(2003).；Zhang YC，等，Plant J 46：971-983.(2006))。与其他的光受体相似，隐花色素与其靶蛋白相互作用来调控基因的表达和生理反应(H.-Q.Yang等，Cell 103，815(2000)；X.Yu等，Proc Natl Acad Sci U S A 104，7289(2007)；M.F.Ceriani等，Science 285，553(1999)；M.Ni，J.M.Tepperman，P.H.Quail，Cell 95，657(1998))。在植物体中，CRYs和CIB1(cryptochrome-interacting basic-helix-loop-helix)蓝光依赖的相互作用是一个早期的光受体信号机制。CIB1蛋白在酵母和拟南芥中以蓝光特异的方式与CRY2相互作用，并与其它CIB1相关的蛋白共同启动CRY2依赖的花形成。过表达CIB1的拟南芥转基因植株的FTmRNA显著提高，表现为早花(H Liu等，Science 269，968(2008))。发现大豆的两个隐花色素GmCRY1a和GmCRY2a的表达和功能与拟南芥的隐花色素相似，两者都影响蓝光抑制细胞的伸长，但是只有GmCRY1a的降解依赖于蓝光和26S蛋白体。与拟南芥隐花色素相反，GmCRY1a而非GmCRY2a表现出很强的促进开花的活性，并且GmCRY1a的蛋白表达水平随生物钟的节律而波动。在大豆中GmCRY1a是花周期调控的主要调节子(Q.Z.Zhang.，等，Proc Natl Acad Sci 2046(2008))。因此推测同属双子叶植物的大豆中的CIBs基因可能与GmCRY1a相互作用来调节大豆的开花。