[发明专利]ZmSPL基因在调控玉米冠根或气生根发育中的应用

说明书

本发明公开了ZmSPL基因在调控玉米冠根或气生根发育中的应用。本发明利用CRISPR/Cas9转基因技术将玉米中ZmSBP20基因，ZmSBP25基因和ZmSBP27基因敲除后，获得玉米Zmsbp20Zmsbp25Zmsbp27三突变体突变体植株，表型调查显示，三突变体幼苗植株的冠根发育提早并且气生根层数增加，表明敲除ZmSBP20基因，ZmSBP25基因和ZmSBP27基因后可使玉米植株产生更多的气生根。本发明在促进玉米冠根发育或增加玉米气生根数量或层数以及在培育抗倒伏玉米新品种等方面有应用前景。

技术领域

本发明涉及ZmSPL基因在调控玉米根发育中的应用，尤其涉及ZmSBP20基因，ZmSBP25基因和ZmSBP27基因在调控玉米冠根或气生根发育中的应用，属于ZmSBP20基因，ZmSBP25基因和ZmSBP27基因的新用途领域。

背景技术

玉米作为重要的粮食、饲料和生物能源，如今已经成为中国的第一大农作物。充足的玉米产出对保证中国的粮食安全有着举足轻重的作用。随着玉米群体种植密度增加，植株容易倒伏，而倒伏现象大致上分为茎倒和根倒。高密度种植导致茎秆的压碎强度和外皮穿刺强度显著降低，节间直径变小，节间长度增加，从而导致玉米植株易于倒伏。此外，玉米根系发育受到抑制，表现为较高节间(第5-8节间)上的节根条数和平均直径随着密度的增加而减少或降低，这些特征也使得植株易倒伏。

玉米的根系分为三种：1)种子萌发后产生的初生根和种子根；2)后期生长过程中茎秆节上产生的冠根，位于地下的起到吸收水分、无机盐和支撑的作用，位于地上的起支撑作用(又称作气生根或支撑根)。抗倒伏能力强的玉米株系具有理想的根系结构，如根粗、气生根条数多，在根系的构型上表现为开张角度大、扎根深。玉米发育至成株期，茎生根成为根系的主要组成部分，这一阶段茎生根的发育质量是决定植株抗倒伏能力的关键因素。大量研究一致认为入土气生根条数和气生根层数对抗倒性有重要影响，入土气生根条数和层数越多，植株抗倒性越强。抗倒性还和气生根发育的早晚有关，在大喇叭口期就已经形成地上第一层气生根的玉米自交系抗倒性强，说明气生根发育越早，对抗倒性越有利。

SPL(SQUAMOSA promoter binding protein-like)是植物特有的一类转录因子，含有结合DNA的SBP-box结构域，因此又被称为SBP转录因子。SPL(或SBP)广泛存在于绿色植物中。SPL在植物形态建成、发育阶段转变、孢子发生、花和果实发育、花青素积累、逆境胁迫应答以及激素信号转导等多个生理生化过程中发挥重要调控作用(Wang and Wang,.2015)。SPL在拟南芥中有17个基因家族成员，在水稻中有19个，在玉米中有30个基因家族成员。microRNA156(miR156)通过转录切割以及翻译抑制来调节SPL基因表达。玉米有11个ZmSPL受到miR156调控，其中ZmSBP13和ZmSBP29的miR156结合位点位于其3'UTR中(Wei etal.,2018)。迄今为止，只有5个玉米ZmSPL基因的功能被报道，分别为LIGULELESS(LG1)调控叶夹角，UNBRANCHED2(UB2)和UB3调控雄穗分枝数，TASSELSHEATH(TSH4)调控苞叶发育、雄穗分枝数和植株分蘖，TEOSINTE GLUME ARCHITECTURE1(TGA1)调控籽粒颖壳发育。迄今为止，在玉米中，还没有关于ZmSPL基因调控玉米冠根或气生根发育的报道。

发明内容

本发明的主要目的是提供ZmSPL基因在调控玉米冠根或气生根发育中的应用；

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

本发明利用CRISPR/Cas9转基因技术敲除玉米中ZmSBP20基因，ZmSBP25基因和ZmSBP27基因后，玉米突变体植株的表型调查显示，Zmsbp20 Zmsbp25 Zmsbp27三突变体幼苗植株冠根发育提早、成熟植株的气生根层数增加，表明敲除ZmSBP20基因，ZmSBP25基因和ZmSBP27基因后，可使玉米植株产生更多的气生根，这对玉米气生根层数的遗传改良提供了理论依据。