SlARF5基因在调节植物花器官发育、植株高度和植物开花中的应用

本发明属于生物，具体涉及slarf5基因在调节植物花器官发育、植株高度和植物开花中的应用。

背景技术：

1、植株高度影响植株结构、抗倒伏和产量表现。作为农作物的一项重要农艺特性，它受多种激素控制，包括独角麦内酯、生长素、赤霉素、生长素、油菜素类固醇和细胞分裂素，以及环境影响。赤霉素被认为是所有激素中对株高影响最大的。植物高度变化通常是由调节ga产生、代谢或信号通路的基因突变引起的。ga生物合成基因家族包括ga20oxs和ga3oxs基因。根据最近的研究，在玉米中过表达ga20ox1可能会增加植株高度。此外，della蛋白作为中枢抑制因子和ga信号的调节因子之一，已经发现其功能获得导致拟南芥矮化表型。玉米della蛋白缺陷也会导致侏儒症。

2、生长素是在控制植物高度的网络中经常与ga产生交互反应的激素之一。生长素是植物生长发育的重要激素，参与植物高度的复杂调控。植物高度的变化可能是与信号转导或生长素产生途径相关的重要基因突变的结果。例如，生长素信号受体基因转运抑制剂f-box(tir1/afb)的功能缺失会导致水稻的矮化或半矮化表型，而过表达生长素反应因子基因osarf19也导致植株的矮化表型。此外，水稻中生长素外排载体蛋白或极性生长素运输蛋白的改变同样导致了植株高度的变化。例如，通过增加ospin5的表达量可以控制生长素的运输和分配从而降低植株高度。

3、生长素反应因子(auxin response factor,arf)和生长素/吲哚-3-乙酸(aux/iaa)是生长素信号转导通路中两个重要的转录调控因子。不同的生长素相关表型是由arf或aux/iaa的变化引起的。生长素反应因子是一类新型的转录因子，包括三个保守结构域：羧基末端二聚化结构域(ctd)、中间区域(mr)和dna结合结构域(dbd)。mr结构域能够控制生长素早期反应基因的表达，如gh3、aux/iaa、生长素短链rna(saur)和侧器官边界结构域(lbd)。然而，与生长素反应元件(auxre)基序特异性结合的dbd结构域对靶基因的选择有更大的影响。

4、由于arfs的时间和空间表达的普遍性，暗示arfs在不同的发育过程中发挥作用。例如，arf5(也称为monopteros[mp])对于胚胎根和花的产生以及其他发育性生长素反应至关重要。早前的研究表明，arf5基因在番茄叶片、花和早期未成熟青果(8dpa)中的高表达证明了arf5可能在多种组织和器官的发育中发挥作用。据报道，拟南芥不能成花即是由arf5/mp突变引起的。研究人员发现，在拟南芥花序中，arf5/mp可直接触发leafy(lfy)、ant和ail6/plt3的表达，这些基因可决定花的命运。番茄中的arf5基因影响花发育的表型，就像它在拟南芥中一样。以往的研究发现slmp可能会促进叶子、小叶和花器官的起始和发育。此外，slarf5与生长素/赤霉素交互反应有关，抑制slarf5转基因植株amislarf5，会导致果实大小减小，这可能是由于该途径的削弱所造成。

5、尽管slarf5已经被报道有各种各样的功能，但对其对植物高度的调节知之甚少。在目前的文献报道中，尚未有其对植株高度调节的报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供slarf5基因在调节植物花器官发育、植株高度和植物开花中的应用，为slarf5基因提供一种新用途。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供slarf5基因在调节植物花器官发育、植株高度和植物开花中的应用，所述slarf5基因的核苷酸序列如seq id no.3所示，其编码的氨基酸序列如seqid no.4所示。

4、进一步地，通过slarf5基因的过表达，提高植株高度。

5、进一步地，通过slarf5基因的过表达，促进植株早开花。

6、第二方面，本发明提供一种调控植株高度的方法，通过构建slarf5基因的过表达载体，将其转入植株中，提高植株的株高；所述slarf5基因的核苷酸序列如seq id no.3所示，其编码的氨基酸序列如seq id no.4所示。

7、第三方面，本发明提供一种调控植株开花时间的方法，其特征在于，通过构建slarf5基因的过表达载体，将其转入植株中，促进植株早开花；所述slarf5基因的核苷酸序列如seq id no.3所示，其编码的氨基酸序列如seq id no.4所示。

8、第四方面，本发明提供一种转基因植株的构建方法，采用农杆菌介导的方法，将含有slarf5基因的过表达载体转入野生型植物基因组中，筛选获得转基因植株；所述slarf5基因的核苷酸序列如seq id no.3所示，其编码的氨基酸序列如seq id no.4所示。

9、本发明主要是通过筛选获得一株植株高度降低的植株，同时其具有明显的花器官缺陷表型，主要表现为萼片、花瓣或雄蕊不同程度的缺失。我们对其突变基因进行了克隆，结果发现其突变基因是arf5基因。同时过量表达arf5基因的表达，可以促进植株高度的提高。主要步骤包括(1)矮化突变体植株的筛选及表型鉴定；(2)矮化突变体花器官表型观察；(3)矮化突变体植株基因的克隆；(4)过表达载体的构建及转基因植株的获得；(5)转基因番茄植株表达水平的鉴定；(6)转基因植株的表型验证；(7)slarf5突变体植株的生长素和赤霉素含量测定；(8)外施生长素和赤霉素对突变体植株高度的影响。

10、其中：

11、所述矮化突变体植株的筛选及表型鉴定的方法是：通过对突变体库进行筛选，获得一株植株高度明显低于野生型的植株，将其再次种下，矮化表型依然稳定，没有分离，通过生物学统计确定其矮化表型明显低于野生型。

12、所述矮化突变体花器官表型观察是指分别取野生型和矮化突变体的花器官进行观察，统计萼片、花瓣和雄蕊的完整性，并用体视镜进行拍照。

13、所述突变体植株基因的克隆是指将矮化突变体首先与野生型回交，获得f1植株，鉴定f1表型为野生型表型，说明该突变基因为隐性突变，进一步将f2的种子种下，进行分离比鉴定，结果发现矮化植株的数量与非矮化植株的数量分离比为1：3，进一步说明该突变基因为单基因，且为隐性基因。我们将具有矮化突变体表型的植株取30株进行dna提取，获得一个突变体植株的混池dna，将野生型植株基因组dna作为对照，进行bsa测序，并对测序数据进行分析。

14、所述过表达载体的构建是通过花椰菜花叶病毒(camv)35s启动子构建slarf5基因的过量表达载体35s::arf5；其中，所述slarf5基因的核苷酸序列如seq id no.3所示；

15、所述转基因番茄植株的获得是将带有目的基因的过量表达载体35s::arf5通过农杆菌侵染愈伤组织的方法获得；通过收获具有抗性的第二代的转基因番茄纯合体的果实；

16、所述转基因番茄植株表达水平的鉴定是通过定量pcr技术鉴定野生型植株wt和转基因植株oe6、oe7、oe10和oe11植株arf5的转录水平；

17、所述转基因植株的表型验证是通过对dag28天的植株包括野生型wt、过表达植株oe6和oe10进行植株高度测量，并进行拍照，进行表型的对比；

18、所述slarf5突变体植株的生长素和赤霉素含量测定，是通过高效液相色谱(hplc)对植株材料进行测定；

19、所述外施生长素和赤霉素对突变体植株高度的影响，是通过外施1mg/ml iaa和20μm ga3，然后分别统计野生型和突变体植株的高度。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、本发明利用基因工程的手段构建了slarf5基因的植物过表达载体，将其转入野生型番茄中过量表达，能提高植株高度，同时促进植株早开花，对于实际生产中植株高度的调节和开花调控具有重要的理论意义。