[发明专利]大豆GmCOL5基因及其编码蛋白与应用

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、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(Zhang et al.，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 et al.，2002；Turck et al.，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(1995)最早报道了拟南芥中的CO基因。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 et al.，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 et al.，2000)、小麦(Tritivum aestivum)(Nemoto et al.，2003)和衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)(Serrano et al.，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 et al.，2001)，水稻中有16个成员(Griffiths et al.，2003)，甘蓝型油菜(Brassica napus)中也克隆得到4个CO同源基因(Robert et al.，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 et al.，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GmCOL5蛋白，其为：1)、由SEQID NO.2所示的氨基酸序列组成的蛋白质，或2)、在SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列中经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等活性的由1)衍生的蛋白质。

本发明另一个目的是提供编码上述的大豆GmCOL5蛋白的基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。

应当理解，本领域技术人员可根据本发明公开的氨基酸序列，在不影响其活性的前提下，取代、缺失和/或增加一个或几个氨基酸，得到所述蛋白的突变序列。例如在非活性区段，将第(205)位的(N)替换为(V)，或是将第(159)位的(K)缺失，或是在(114位后面)增加(一个S)。

因此，本发明的大豆GmCOL5蛋白还包括SEQ ID No.2所示氨基酸序列经取代、替换和/或增加一个或几个氨基酸，具有大豆GmCOL5蛋白同等活性的由大豆GmCOL5蛋白衍生得到的蛋白质。本发明基因包括编码所述蛋白的核酸序列。此外，应理解，考虑到密码子的简并性以及不同物种密码子的偏爱性，本领域技术人员可以根据需要使用适合特定物种表达的密码子。

本发明的另一个目的是提供携带GmCOL5基因的植物表达载体，所述植物表达载体为p35S-GW。

本发明的GmCOL5(全称为Glycine max CONSTANS Like 5)是从大豆‘垦农18’(Glycme max L.‘Kennong 18’)中克隆到的一个基因，它与拟南芥CO蛋白的氨基酸序列之间的同源性为53.7％，在保守功能域(两个B-box和一个CCT结构域)序列高度同源。因此推测与拟南芥CO基因的功能类似，GmCOL5也具有促进开花的功能。大豆GmCOL5基因主要在大豆子叶、茎、叶、花、荚中均有表达，其中在开花期的叶中表达量最高。

本发明将GmCOL5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GmCOL5基因转入拟南芥，获得拟南芥转化植株。结果表明，GmCOL5具有降低植物对光周期的敏感性并促进拟南芥开花的作用。