[发明专利]生长素输入载体AUX1/LAX家族基因在玉米和高粱育种中的应用

说明书

技术领域

本发明属农作物的生物工程育种领域，涉及一种通过构建融合基因及转基因改变玉米和高粱性状的方案的应用，具体说，涉及生长素输入载体AUX1/LAX家族基因在玉米和高粱育种中的应用。

背景技术

植物基因工程的发展依赖于具有不同功能基因的应用。生长素在植物生长发育中起重要作用，通过生长素合成、转运、代谢及相关的信号转导基因的表达修饰有可能对植物的生长发育产生重要影响。

生长素在植物幼嫩部分或分裂旺盛的组织中合成，通过其特有的运输方式到达作用部位，在植物生长发育的多个过程中起重要作用。生长素在植物组织内的差异分布影响多个发育过程，不同环境信号和内源信号能够通过生长素的局部合成和细胞间转运影响生长素分布变化。IAA是多数植物中生长素的主要形式。

在不少系统中低浓度生长素促进细胞伸长与分裂，而高浓度的生长素则抑制细胞的分裂与伸长。生长素信号促进了细胞分裂素抑制蛋白的表达，而细胞分裂素诱导了生长素信号抑制蛋白。在植物激素中生长素具有最明显的促进不定根和侧根发生及生长作用，参与根毛发育、初生根生长、侧根原基形成和根的向重力性反应，乙烯通过调控生长素的代谢起一定作用(Pitts et al，1998；Rahman et al，2002)。生长素和细胞分裂素的相互作用调控胚根形成和侧根发生的决定。生长素在细胞间活跃转运创建局部最大浓度，从而调控许多发育事件的起始和进程。植物组织内的生长素浓度梯度包括生长素在细胞内和细胞间的不均匀分布。细胞的生长素浓度可在合成、钝化、活化、分解和细胞间的极性转运多个层面上调节。并且这些不同层面的调节在不同物种、不同发育时期均起重要作用。

在植物根尖生长点中，生长素的极性运输和局部合成促成了在静止中心(即干细胞组织中心)部位形成所谓“生长素积累高峰”，对于静止中心的建立和维持起至关重要的作用。侧根器官发生(Dubrovsky等，2008)显示了生长素最大浓度与发育编程调整和器官起始在时空上具有对应关系，遗传或药物干扰生长素的差异分布和响应过程阻碍了生长素梯度存在时出现的发育事件。另外，生长素差异分布似乎足以启动发育过程。生长素微量应用到茎尖分生组织的精巧试验表明局部增加生长素浓度足以启动和完成叶或花的发育(Reinhardt et al.，2003)。生长素在给定细胞积累能修饰它的发育程序，即生长素积累的时间和位置决定了发育程序改编的时间和位置。在中柱鞘细胞中随机刺激引起的细胞生长素合成的增加，提高了局部生长素浓度，引起这些感受态细胞起始侧根发生。

植物体存在两种不同的生长素运输途径：韧皮部运输和皮层中载体介导的极性运输。在韧皮部运输系统中，生长素的运输与其它营养物质的运输没有根本区别；而极性运输则是生长素所特有的一类从细胞到细胞的主动运输，依赖于膜定位的载体和能量消耗(Lomax等，1995)，运输速度也比维管系统运输速度较慢，一般为5-20mm/h。生长素在组织中的极性运输很大程度上归功于高度调控、极性定位的输入、输出载体蛋白。极性运输使生长素在植株体内形成以器官顶端为中心的浓度梯度，并维持不同组织中的生长素浓度差，实现植物发育的调控。且生长素信号和生长素极性转运之间存在着正反馈调节(Vieten等，2005)。介导生长素极性运输的蛋白有AUX1/LAX家族、PIN-formed家族、ABCB家族蛋白等。