[发明专利]梨转录因子PsJOINTLESS及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及梨转录因子PsJOINTLESS及其应用，具体涉及从‘库尔勒香梨’中分离、克隆得到一个植物器官脱落相关的MADS-box家族成员PsJOINTLESS基因及其应用。

背景技术

器官脱落，是指植物细胞、组织或器官脱离母体的生理过程。器官脱落是细胞结构、代谢和基因表达变化共同作用的结果。一般情况下，把器官或组织脱落的组织区域及其邻近部分称为“离区(Abscission Zone)”，而把此区域内仅发生组织与细胞分离的数层细胞叫“离层”。对多种植物园艺植物器官离区的解剖结构观察显示，不同植物离层细胞大小有3种类型：①离层细胞比邻近细胞小，大多等径；离层细胞比邻近细胞小，大多长方形；离层细胞大小与相邻细胞近似。器官或组织脱落的组织区域内细胞小而等径，胞质致密，胞间隙小(Deng et al,2007；Rosales et al,2009；Ayeh et al,2009)。

植物激素在植物器官脱落的发生过程中起着一定的作用，其中乙烯和生长素类激素发挥主要作用(Meir et al,2010；Patterson and Bleecker,2004)。生长素在器官脱落过程中与乙烯的作用相拮抗，它控制离区细胞在适当的时间对乙烯产生应答，而乙烯则影响生长素的极性运输。

器官分离脱落是细胞壁和中胶层在离层部位断裂的结果。在离层产生的过程中，果胶降解，胞间层增大，开孔并消失，期间伴随微纤丝结构解体，呼吸代谢和细胞壁水解酶活性的增加。目前研究最多的是脱落相关的酶类主要有多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase，PG)、纤维素酶(Cellulase，EG)。此外，参与细胞壁降解的酶类还有果胶甲酯酶(Pectinmethylesterase，PME)、过氧化物酶(Peroxidase，POD)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase，PAL)、几丁质酶(Chitinase)、多酚氧化酶、膜相关的类受体蛋白激酶(Burr et al,2011)等也与植物器官脱落有关(Bunya-atichart K et al,2011；Wang et al,2005)。

脱落过程伴随着一系列基因表达的变化，已经鉴定出多个与离区发育相关的基因。如拟南芥中已发现的控制花器官离区发育的唯一一对功能重复基因BLADE ON PETIOLE1/2(BOP1/2)，双突变体bop1bop2中不能形成花器官离区，而像叶柄发育和器官的非对称性生长等性状也受到不同程度的影响(Norberge et al,2005；McKim et al,2008)。影响番茄花柄离区发育的基因LATERAL SUPPRESSOR(LS)，该基因突变后部分花柄离区发育受到影响而消失(Schumacher et al.,1999)。番茄中，还有其他的一些基因本身并不影响离区的形成，但在器官脱落中起着一定的作用。利用VIGS系统特异沉默了TAPGs(tomoto abscission-related polygalacturonases)基因，能够延迟乙烯处理后番茄叶片的脱落和增加叶片断裂力，说明此类基因在番茄叶片脱落的过程中扮演重要的角色(Jiang et al.,2008)。番茄中的CEL1(cellulase1)基因也参与番茄花柄脱落的过程(Gonzalez-Bosch et al.,1997)。番茄1,4-β-葡聚糖酶(cel2)反义抑制转基因植株中，显著提高了番茄果实离区的断裂力(Brummelll et al.,1999)。

对于植物离区发育在模式植物拟南芥、经济作物番茄、禾本科作物水稻、小麦中的解析，很大程度上帮助植物育种专家有效解决禾本科植物落粒、果树生理落果、豆类作物提前开荚等问题。必须指出的是，虽然已经从不同物种中克隆出JOINTLESS序列，但是大部分JOINTLESS序列在器官脱落过程中的功能仍有待进一步验证。此外，有关JOINTLESS的大部分信息来源于茄科植物，如番茄、辣椒等，但有关果树的JOINTLESS的研究则非常有限。本发明以‘库尔勒香梨’为试材，利用同源克隆技术，克隆得到梨JOINTLESS基因的全长序列，并分析其在脱萼处理、宿萼处理下不同时期花萼不同部位的表达特性；构建植物超表达载体，通过根癌农杆菌介导法遗传转化Micro-Tom番茄使其过量表达，证明其可能参与番茄花(果)柄离区发育的过程，从而扩展了离区发育的分子调控途径。另外，克隆梨中有关器官脱落的基因很大程度上提高作物改良和育种的效率，对农业生产也具有非常重要的理论和实践意义。