[发明专利]大豆GmCOL4基因在植物花期调控中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，特别是涉及一个大豆开花基因在植物花期调控中的应用。

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(Zhang等.，2008)。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。以往解决大豆光周期敏感性主要是通过杂交的方法获得新品种，但是，这种育种方法具有对亲本的依赖性强和周期长等缺点，到目前为止尚未获得大豆光周期广适应性品种。

对拟南芥等植物的研究表明，植物的光周期是受极其复杂的调节网络控制的(Mouradov等，2002；Turck等，2008)。但是，其中一个关键蛋白对开花时间的调节起着至关重要的作用，它就是CONSTANS(CO)基因。Putterill等最早报道了拟南芥中的CO基因(Putterill等，1995)。通过大量的研究发现CO介于生物节律钟与下游开花基因之间，将光信号转变为开花信号(Suarez等，2001)。随着基因组学和生物信息学的兴起和发展，不同物种中的CO不断被认知，如水稻(Oryza sativa)(Yano等，2000)、小麦(Tritivum aestivum)(Nemoto等，2003)和衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)(Serrano等，2009)的CO基因。在已研究的植物中，CO常以多个拷贝的形式存在于生物体中，各CO拷贝的功能有明显差异。拟南芥的CO家族有17个成员(Robson等，2001)，水稻中有16个成员(Griffiths等，2003)，甘蓝型油菜(Brassica napus)中也克隆得到4个CO同源基因(Robert等，1998)，在温带裸子植物欧洲云杉(Picea abies)中鉴定到2个CO同源基因(Holefors等，2009)。但大豆CO基因的功能及其应用方面未见报道。通过调节大豆开花基因表达来改变植物对光周期的敏感性和开花时间也没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种大豆GmCOL4基因植物花期调控中的应用，通过在植物中过表达或抑制表达GmCOL4，实现调节植物光周期和开花时间。

本发明的通过RT-PCR的方法从大豆‘垦农18’中分离到GmCOL4(全称为Glycine max CONSTANSLike 4)的cDNA全长，它与拟南芥CO蛋白的氨基酸序列之间的同源性为24％，在保守功能域(两个B-box和一个CCT domain)具有多个关键氨基酸的不同。因此推测与拟南芥CO基因促进开花的功能不同，GmCOL4可能具有抑制开花的功能。

通过Real-time PCR分析了大豆GmCOL4基因的表达模式，结果表明主要在大豆子叶、茎、叶、花、荚中均有表达，其中在开花期的叶中表达量最高，因此推测所述基因与开花相关。

本发明将GmCOL4基因构建到表达载体p35S-GW上，并在大肠杆菌DH5α中扩繁。通过农杆菌介导转化方法，将p35S-GW携带的GmCOL4基因转入拟南芥，获得拟南芥转化植株。结果表明，GmCOL4具有降低植物对光周期的敏感性并抑制拟南芥开花的作用。

本发明的通过克隆大豆GmCOL4基因，并在在植物中过表达GmCOL4基因，延长植物生育期，抑制植物开花。因此，GmCOL4基因及其编码的蛋白可以调节花期，可用于解决杂交育种中的花期不遇的问题，各种作物、蔬菜、水果、花卉的生育期控制的问题以及光周期敏感性问题和引种问题。

附图说明

图1为克隆载体pGWCm的结构示意图。

图2为大豆开花基因GmCOL4编码蛋白的氨基酸序列与CO基因编码蛋白的氨基酸序列的比较。

图3A为大豆开花基因GmCOL4在大豆中不同组织器官的表达水平。

图3B为大豆开花基因GmCOL4在大豆中不同发育时期的表达水平。

图4为大豆开花基因GmCOL4在转基因植物细胞核中的定位；

图5为植物表达载体p35S-GW的结构示意图。

图6为大豆开花基因GmCOL4拟南芥转化植株表现。