[发明专利]一种杨树不定根发育关键基因PeWOX11a及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种杨树不定根发育关键基因PeWOX11a及其应用。

背景技术

杨树是世界中纬度平原地区栽培最为广泛的树种之一，也是我国重要的速生工业用材树种和绿化造林树种之一，对我国无性系林业可持续发展发挥了重要作用。随着速生高产杨树新品种的不断推广，各地杨树种植产业迅猛发展，目前我国杨树人工林面积已超过700万公顷，居世界首位。一般而言，杨树是适宜无性繁殖的树种，在各种无性繁殖方法中，硬枝扦插最为普遍。插穗生根难易程度直接影响造林成活率，且事关无性系的适应性和抗逆性。尽管大多数杨树都比较容易扦插生根，然而仍有许多优良无性系扦插生根困难。随着林木遗传改良工作和无性繁殖技术的发展，人们对于杨树扦插繁殖的重要性有了新的认识，意识到从理论和实践上加强对扦插生根的机理研究有其必要性和迫切性。

“根深叶茂”，两者是相辅相成的。在拟南芥、水稻、玉米等草本植物中，根系分子生物学研究引起广泛关注，并取得显著进展(Casson and Lindsey 2003；Hochholdinger and Zimmermann 2008；Péret et al.2009)。然而，长期以来，杨树遗传改良研究更多的是集中在地上部分的表型性状，而对根系发育性状的缺乏研究，迄今鲜有杨树扦插生根及其根系发育相关基因克隆及其功能研究的报道。杨树扦插生根性状属于多基因控制的数量性状，受较强的遗传控制(Zalesny et al.2005；Zhang et al.2009)。克隆控制这些重要性状的主效基因是林木后基因组时代的主要研究内容，不仅在探索林木根系发育生物学发面有重要的理论意义，而且在无性系林业生产上有潜在应用价值。

WUSCHEL-related homeobox(WOX)蛋白是同源异型盒蛋白家族中为植物所特有的一类转录因子，在植物胚胎发育、干细胞维持、器官发生及形态建成等过程中起着非常重要的作用(Deveauxet al.2008；van der Graaffet al.2009；Zhang et al.2010)。拟南芥有15个WOX转录因子成员，分属3个进化分枝：WUS分枝(WUS clade)包括AtWUS，AtWOX1-7；中间分枝(intermediate clade)包括AtWOX8，9，11，12；古老分枝(ancient clade)包括AtWOX10，13，14。

AtWUS基因是植物WOX家族的创始成员，它的克隆代表着同源异型盒超基因家族一个新亚类的发现(Lauxet al.1996；Mayer et al.1998；Haeckeret al.2004)。AtWUS基因的编码产物是维持干细胞数量的内源性信号分子，促进花药和胚珠发育(Ikeda et al.2009)。AtWOX1和PRESSED FLOWER1(PRS1/AtWOX3)基因作用在于从各分生组织细胞层招募创始细胞以形成营养器官和花器官(Shimizu et al.2009；Vandenbussche et al.2009)。AtWOX2、AtWOX8和AtWOX9基因在拟南芥胚胎发育过程中决定器官的特异性(Breuningeret al.2008；Palovaaraet al.2010)。AtWOX2和AtWOX8最初在卵细胞和合子中特异表达，随后分别在合子第一次分裂产生的基细胞和顶细胞的子细胞中表达；AtWOX9最初在合子第一次分裂产生的基细胞的子细胞中表达。AtWOX4基因在原形成层和维管形成层中特异表达，在次生生长过程中维持维管分生组织结构(Jiet al.2010；Hirakawaet al.2010)。AtWOX5在根尖不活动中心特异表达(Haecker et al.2004)，然而AtWOX5和AtWUS在维持根尖和茎尖干细胞中的作用是可以互相替代的(Sarkaret al.2007)。AtWOX6/PRETTY FEWSEEDS2(PFS2)基因表达是胚珠正常发育所必需的，主要作用是在胚珠的形成中阻止细胞过早的分化(Park et al.2005)。OsWOX11是AtWOX11的同源基因，受控于生长素和细胞分裂素共同作用，主要在水稻不定根根原基及成熟初生根的分生组织中表达(Zhao et al.2009)。AtWOX13在雄蕊、初生根、侧根及胚胎发育过程中大量表达，而AtWOX14基因局限于侧根形成早期和花药中表达(Deveauxet al.2008)。