[发明专利]棉花AINTEGUMENTA基因GhANT在棉花育种中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及棉花AINTEGUMENTA基因GhANT在棉花育种中的应用。本发明的目的在于为棉花育种提供一种新选择。本发明的技术方案是棉花AINTEGUMENTA基因GhANT在棉花育种中的应用。本发明还提供了改良棉花种子品质的制剂，其主要活性成分为棉花AINTEGUMENTA基因GhANT编码的蛋白质，表达该蛋白质的元件，表达该蛋白质的载体，或表达该蛋白质的宿主细胞。本发明的陆地棉AINTEGUMENTA基因可以增加棉花种子重量以改良纤维品质。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及棉花AINTEGUMENTA基因GhANT在棉花育种中的应用。

背景技术

棉花是世界上重要的经济作物，棉纤维是纺织工业主要的原材料，棉籽也是重要的油脂和蛋白来源。棉花种子体积的大小、重量、纤维的品质直接关系到棉花的应用及其后加工产品的质量。目前，随着人口数量的增多，人们不仅对棉花的需求量增加，而且棉纺织工业对棉纤维的品质要求也越来越高，如纤维更长、强度更好、纤维更细更整齐。衣分作为一种重要的产量因子，其和铃重、种子大小存在着负相关(Zeng and Meredith,2009)。本课题组前期通过在胚珠表皮中时空调控生长素合成使转基因棉花(FBP7：iaaM)的纤维产量和品质有了显著提高，但同时也发现转基因棉花种子体积明显变小(Zhang et al.,2011)。较大的种子器官有利于为种子发育提供更多的养分，如在改良棉花纤维的同时，以牺牲种子重量换取纤维产量限制了纤维产量的进一步提高，不利于棉花种子的综合利用。因此，有必要利用基因工程的手段，改良棉花种子大小，在不减小甚至增大种子体积的同时，实现棉花种子-纤维的协同改良。

通过研究AINTEGUMENTA(ANT)基因的拟南芥T-DNA插入突变体发现，其编码一个具有AP结构域的转录因子(Elliott et al.,1996)，与除了根以外所有原基细胞起始有关，并通过保持组织分生能力来增加细胞数量(Mizukami and Fischer,2000)。最初发现ANT基因在拟南芥中与胚珠，花器官生长发育有关，ANT基因缺失的突变体细胞数目减少使花器官和叶变小(Klucher et al.,1996)，反之过量表达导致增加细胞分裂的持续时间，引起总细胞数目变化，增加了叶、花器官以及角果的大小(Krizek et al.,1999)。同时还发现强ANT突变体具有胚珠，但是缺少珠被或雌配子体；外面的3轮花器，除有可能随机缺失外，还会表现出其它不正常的形态；弱ANT突变体含有内外珠被，但是不能产生具有繁衍功能的雌配子，因此ANT突变体是雌性不育的(Mizukami and Fischer,2000)。

ANT被ARGOS蛋白诱导，当其异位表达时会促使组织产生更多细胞而使器官增大(Hu et al.,2003)，其在成熟器官中的表达可能通过一个器官生长抑制因子AUXINRESPONSE FACTOR2(ARF2)来负向调节(Schruff et al.,2006)。拟南芥不同组织的原位杂交显示，ANT mRNA在胚珠的子叶原基细胞、花器官、珠被，胎座都能检测到(Krizek,1999)，且存在于所有侧枝的原始细胞。ANT在金鱼草和拟南芥的功能和表达时间位置在花器官中是一致的。ANT mRNA在金鱼草花的分生组织和早期的花原基细胞中表达，当花器官成熟，ANT表达在萼片的早期阶段和雄蕊的后期阶段降低(Delgado-Benarroch et al.,2009)，但在烟草中很难在花器官发育后期检测到(Rieu et al.,2005)。MdANT1和MdANT2的表达在苹果生长的早期高表达，在细胞分裂后期快速衰减，在苹果发育后期保持低水平表达(Dashet al.,2012)。ANT还引起CYCD3:1表达增强(Mizukami and Fischer,2000)，过量表达CYCD3:1也大大增加了叶片细胞数目，但是并不影响ANT的表达(Dwitte and Murray,2003)。