[发明专利]组成型干扰棉花细胞分裂素代谢相关基因及其在制备转基因植物中的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及干扰棉花细胞分裂素代谢相关基因的载体及应用以及含有上述表达载体的转基因棉花的制备方法。

背景技术

棉花是世界上最重要的天然纤维作物，也是最重要的经济作物。我国是世界上最大的纺织品生产国和消费国，棉花产业在我国的国民经济中具有举足轻重的地位。随着全球经济在经历衰退之后的逐步复苏，中国纺织行业将恢复增长，棉花需求量将相应增加(王莉，杜珉，农业展望，2009，5)。食品与农业政策研究会(Food and A gricultural Policy Research Institute，FAPRI)预测，未来10年内，中国棉花单位面积产量和栽培面积没有明显变化，但由于需求的持续增加，导致每年进口大量棉花才能满足国内需求，到2020年甚至需要进口30％的棉花。对棉花生产育种来说，这既是机遇，更是挑战。因为经济的进步、人口的增加使得可用耕地面积日渐减少，与此同时人民群众对纯棉产品的需要却不断增加。如何在不占用有限耕地资源的前提下增加棉花的产量就成为摆在广大棉花科研工作者面前的一个重要课题。能否迅速提高我国棉花产量，直接关系到我国棉花产业的兴衰和纺织品生产加工业的生存与发展。

棉花的产量和品质性状为多基因控制的数量性状，且产量与品质性状之间存在遗传上的负相关。棉花栽培品种主要是陆地棉，而优良纤维品质基因主要源于二倍体的瑟伯氏棉(纤维强度)、异常棉(纤维强度与细度)以及四倍体的海岛棉(纤维强度与细度)等。这些优良性状基因的利用，却在常规育种中受到诸多限制，单靠现有的棉花遗传种质资源和常规育种手段已经难以大幅度提高棉花产量，难以满足快速发展的纺织工艺革命对纤维品质的要求。利用基因工程技术育种可以打破物种间的遗传障碍，实现优良目的基因的定向转移，同时具有后代易于稳定，育种周期短等优点，这为棉花纤维产量和品质的改良提供了新的途径。但是目前人们还未得到与棉花产量和品质(强度、细度和长度等)直接相关的基因，使得利用基因工程提高棉花纤维缺乏有效的目的基因。人们对棉花产量和品质形成的分子机理也知之甚少。这些都极大的阻碍了对棉花纤维进行产量和品质改良的进程。

细胞分裂素是一类N⁶取代的腺嘌呤同系物，参与调节细胞分裂、芽的发育、根的分枝、叶绿体的发育、叶片的发育及衰老(Mok et al，1994，Cytokinins：chemistry，activity，and function，CRC Press Boca Raton，pp 155-156)。细胞分裂素氧化酶CKX，不可逆降解侧链含不饱和双键的细胞分裂素，在调节细胞分裂素含量上起十分重要的作用(Armstrong et al，1994，Cytokinins：chemistry，activity，and function，CRC Press Boca Raton，pp 139-154)。Namken(Namken，1984，Proceedings Beltwide Cotton Production Research Conferences)发现在1/3花蕾期和初花期叶面喷施细胞分裂素明显提高了棉花纤维的产量。叶面喷施细胞分裂素复合物Burst能促进芽的起始和发育，增加棉花花蕾发育因此引起丰产(Mayeux et al，1985，Proceedings Beltwide Cotton Production Research Conferences)。细胞分裂素复合物能明显增加棉铃的数目和第一果枝位棉铃的座果率(Mayeux et al，1987，Proceedings Beltwide Cotton Production Research Conferences)。美国九个州九年共83个实验点外施细胞分裂素复合物增加了棉花产量，平均达到49lint/ha(Parker and Salk，1990，Proceedings Beltwide Cotton Production Research Conferences)。Hedin(Hedin，1991，Journal of Agricultural and Food Chemistry 39：549-553；Hedin and McCarty，1994，Journal of Agricultural and Food Chemistry 42：1355-1357)发现在田间施用激动素能使棉花增产26％。叶面喷施细胞分裂素4PU-30和矮壮素DPC混合物能使棉花纤维产量增加17％，而只喷施DPC仅增产7％(Deng，1996，China Cotton 23：13-14)。Sawan(Sawan et al，2000，Environmental and Experimental Botany 44：59-68)发现，海岛棉Giza75种子在播种前用5mg L-1的激动素处理，在播种后60天和70天用相同浓度的激动素叶面喷施棉花能提高棉花的萌发率，棉花的种子和纤维产量。现蕾期和早花期喷施Cytokin(主要成分是细胞分裂素)和Cytokin与Pix(Mepiquat Chloride，赤霉素拮抗剂)的混合物都能增加棉花的产量(Albers and Schnakenberg，1994，Agriculture publication G：4258)。中棉所30的苗期和蕾期叶施0.00001％异戊烯基腺嘌呤水剂能增加株高、单株果枝数，提高单株成铃数、增加铃重、提高单产(郭宗培等，2001，江西棉花23：9-10)。棉花种子浸泡时、棉花幼苗的子叶期和六叶期施用低浓度的细胞分裂素能减少顶端优势、增加果枝数、增加花蕾数目，下胚轴增厚、延缓叶片衰老，增强根系发育(Burke，2009，United States Patent：7634870)。