[发明专利]水稻根分泌多肽PEP1及其编码基因和应用

说明书

本发明分离鉴定了一个调控植物根发育的多肽PEP1及其编码基因OsPEP1。外源施加PEP1处理植物，可抑制植物的根发育。并获得了含有该编码基因或该基因部分DNA的重组表达载体，用重组表达载体转化的植物，可以得到根生长发育改变的转基因植物。因此该多肽可作植物生长调节剂，其编码基因以及前体蛋白可以作为一个潜在的分子育种靶运用于作物的改良，通过调控作物根生长发育来提高作物产量。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种植物根分泌多肽及其编码基因在调控植物根生长与发育中的应用。

背景技术

根是植物重要的地下器官，其不仅可以固定植株，而且还可以从土壤中吸收营养、水分等物质供植物的生长发育。此外，植物的根系还可以监测土壤环境中的各种信号分子，比如土壤中的水分含量，营养物质的水平以及一些植物激素及信号等，以提高植物对其生长环境的适应性(Meng et al.2019)。植物根系主要分为两大类，分别为直根系和须根系。水稻是单子叶模式植物，其根系为须根系，主要由种子根和不定根及种子根和不定根上的侧根和根毛组成(Rebouillat et al.2009；Coudert et al.2010)。研究表明根冠比高，发达的根系有助于提高水稻的抗旱能力及产量(Fukai et al.1995；Gowda et al.2011)。之前研究表明，水稻根系的生长发育受到外源信号与内源遗传程序的严格调控(Benfey etal.2012；Orman-Ligeza et al.2013)。

之前的研究解结果表明，多肽可以作为外源的信号分子调控拟南芥的根系发育(Oh et al.,2018)。外源施加人工合成的多肽根茎生长因子1(RGF1)可以回复tpst-1突变体中根尖分生区缺陷的表型，表明RGF1是维持根尖干细胞所必需的(Matsuzaki etal.2010)。进一步的突变分析表明，RGF/GLV通过转录后调控机制控制根分生组织中生长素外排载体PINFORMED2的丰度和运输动力学进而调控植物根尖分生区的大小(Whitford etal.2012)。植物根分生组织的大小也受多肽CLE(CLAVATA3(CLV3)/EMBRYO SURFROUNDINGREGION(ESR)-related)家族的调控。拟南芥中有32个CLE多肽编码基因，其编码的多肽可分为两组：A型CLE和B型CLE。A型CLE多肽在根分生组织发育中起作用，而B型CLE多肽与根维管束发育有关(Cock and McCormick 2001；Whitford et al.2008)。例如A型CLE多肽CLE40是柱状细胞分化所必需的，功能丧失的突变体cle40由于柱状细胞的延迟分化而表现出具有不规则形状的根尖，从而表现为短根表型(Stahl et al.2009)。其他另一些的CLE多肽(CLE26，CLE40，CLE45)通过调节维管束发育过程中原上皮形成来控制主根的生长(Depuydtet al.2013；Rodriguez-Villalon et al.2014；Rodriguez-Villalon et al.2015；Hazaket al.2017)。此外，酪氨酸硫酸化肽PSK与PSY1可通过调节伸长区/分分生区中的细胞扩增来促进主根生长(Amano et al.2007；Kwezi et al.2011；Hartmannet et al.2014；Ladwiget et al.2015)。凯氏带完整性因子1(CIF1)多肽对于凯氏带的形成是必不可少的，因为CIF1功能丧失的突变体在高铁浓度下表现出严重的生长发育迟缓，但是通过使用外源施加CIF1多肽处理后，可以完回复这些缺陷(Nakayama et al.2017)

与拟南芥相比，多肽调控水稻根系生长发育的机制尚不清楚。所以分离鉴定水稻根系生长发育相关的多肽，确定这些多肽的编码基因对进一步全面了解水稻及其他单子叶植物根系发生发育的机理，获得优良基因以培育新的水稻品种是十分重要的和必要的。

参考文献：