[发明专利]PINNATE PENTAFOLIATA2基因在调控豆科植物小叶数量中的应用

说明书

本发明公开了PINNATE PENTAFOLIATA2基因(其核苷酸序列如SEQ ID No.1所示)在调控豆科植物小叶数量中的应用。本发明首次分离得到了蒺藜苜蓿PINNATE PENTAFOLIATA2基因的敲除突变体株系，发现植株的小叶片数目由三个变为五个，少数为四个。获得的植株中多达97％的叶片的小叶片数量提高，这一数据远高于目前现有的多叶苜蓿品种。这证明，该基因参与了调控豆科植物的小叶数量，敲除该基因，可以得到小叶数量高于野生型植株的转基因豆科植物，预示本发明实施后将会创造新型豆科牧草植物，可用于后续的牧草品质，对我国草业生产具有重大意义。

技术领域

本发明涉及PINNATE PENTAFOLIATA2基因在调控豆科植物小叶数量中的应用，尤其涉及敲除PINNATE PENTAFOLIATA2基因在提高豆科植物小叶数量中的应用，属于基因工程技术领域。

背景技术

豆科牧草苜蓿是世界上栽培最早，分布最广，也是最为重要的一种多年生优质牧草。但是，国产苜蓿产量少、品质差、货源不稳定，这已成为限制我国草食畜牧业和奶业发展的一个不可忽视的因素。目前我国苜蓿的商业生产正在迅速增长，但由于国内对高质量苜蓿日益增长的巨大需求，国产苜蓿的短缺情况并没有得到缓解。因此苜蓿的产量和品质改良是我国草业、畜牧业和奶业发展的重大迫切需求。

苜蓿是以收获叶、茎为主的牧草，叶对苜蓿产草量的贡献率最多可达60％。叶片不仅是苜蓿生长发育、产量构成和品种特性的重要指标，更是栽培管理及病虫害监测的主要研究对象。在苜蓿品质评价体系中，叶茎比(叶片与茎秆重量的比值)是其中一个重要的指标。苜蓿70％的蛋白质储藏于叶片中，而且叶片纤维含量仅为茎秆的1/3。因此叶茎比值越大，苜蓿的营养价值就越高，适口性就越好，同时利用价值也就相对越高。苜蓿多叶性状目前已被作为一种形态学标记，被认为具有高产和优质的潜力。选育叶量丰富、叶茎比高的苜蓿新品种一直是育种工作者追求的目标。

植物的叶发育模式分为单叶和复叶。单叶结构指得是在一个叶柄上只有一个小叶片，而复叶结构指得是在一个叶柄上有多个小叶片生成。蒺藜苜蓿的叶为复叶结构，包括三个小叶片。苜蓿的多叶性状是由多基因控制的，其产生是一个复杂的过程而且同时受环境和基因两方面的影响。到目前为止，只有少数多叶苜蓿品种被商业化。这些品种中大部分植株具有多叶性状，但植株个体多叶频率高低不均：有的植株仅数个复叶为多叶型，多数复叶仍为三出复叶；也有植株不同枝条上混杂出现多叶型复叶和三出复叶，而多叶频率高的植株则非常少见。这些缺陷导致现有的多叶型苜蓿品种在生产性能方面并未表现出明显优势。

因此，基于以上原因，对苜蓿复叶发育分子机制进行研究，通过基因工程直接提高苜蓿小叶片数量可为苜蓿优质新品系的分子设计改良和育种提供理论基础和技术手段，有助于高效、优质、高产的苜蓿新品种的培育。

BEL1-LIKE基因家族在叶片发育过程中起关键作用。目前尚未见到有关于BEL1-LIKE基因家族在复叶物种中调控小叶片数目的报道。

发明内容

针对上述现有技术，针对现有多叶苜蓿品种多叶频率不高的不足，本发明发现了一种调控豆科植物小叶数量的基因，并提供了一种敲除该基因以获得可提高小叶片数量的转基因豆科植物的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

PINNATE PENTAFOLIATA2基因在调控豆科植物小叶数量中的应用。

本发明首次分离得到了蒺藜苜蓿BEL1-LIKE基因家族成员PINNATEPENTAFOLIATA2(PPF2)基因的敲除突变体株系，并通过实验证明，该基因参与了调控豆科植物的小叶数量，并可通过敲除该基因的方式以得到小叶数量高于野生型植株的转基因豆科植物。

所述PINNATE PENTAFOLIATA2基因，其核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。

所述豆科植物，优选苜蓿、蒺藜苜蓿、三叶草。