[發明專利]棉花原花色素合成調控基因GhPAPMYB1及其應用

無效

• 申請號: 201110020764.3
• 申請日: 2011-01-18
• 公開（公告）號: CN102154313A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 肖月華;裴炎;丁慧;嚴倩;侯磊;羅明;李德謀;宋水清
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/63;C12N15/82;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 黃韌敏

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，具體涉及一種促進棉花原花色素合成和累積的基因GhPAPMYB1。本發明還涉及該基因編碼的多肽，含有該基因的表達載體，以及該基因在促進棉花和其他植物原花色素合成和積累中的應用。

背景技術

原花色素(Proanthocyanidin，PA)，又稱縮合鞣質或縮合單寧，是一類重要的植物次生代謝產物。它在自然界植物中廣泛存在，是種皮的主要色素物質，對種子發育和萌發有著重要的調節作用。PA是黃烷3-醇的單體或多聚體，屬于多羥基酚類物質，具有強烈的蛋白變性作用，有獨特的苦澀味。在莖、葉片等器官中累積的PA具有抗菌和阻食的作用，是植物抵抗病害和動物取食的重要手段。飼料植物(如苜蓿)中適當水平的PA可以防止牲畜的脹氣病(Pasturebloat)。PA也廣泛存在于人類的食物和飲料(如茶、果汁、葡萄酒等)中，具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用，廣泛應用于食品、化妝品、保健品和醫藥等行業。因此，利用基因工程技術在植物中激活或修飾PA合成，改變植物產品中的PA含量，有著廣闊的應用前景。

高等植物的PA合成屬于苯丙烷途徑的一個支路，從苯丙氨酸到最終產物PA是一個由多步生化反應組成的復雜生物合成途徑。每步反應均由不同結構基因編碼的酶催化。對擬南芥種皮PA合成的研究表明植物PA合成主要受R₂R₃-MYB、WD40和bHLH三類轉錄因子調控。這些轉錄因子相互作用形成復合體結合到結構基因啟動子上，激活PA結構基因的表達，從而促進PA的合成和累積。擬南芥中編碼PA相關的R₂R₃-MYB、WD40和bHLH蛋白的基因分別是TT2、TT8和TTG1，其中TT2專一調控PA合成，并能促進TT8的表達；而TT8和TTG1還參與其他生理過程(如花色素合成、表皮毛決定等)的調控。因此，相對于bHLH和WD40蛋白，R₂R₃-MYB蛋白專一性更強，在植物花PA合成中起到關鍵的中心調控作用。

天然彩色棉亦稱有色棉，本身具有天然色彩，不需染色即可直接進行紡織加工，從而大大減少了印染工序導致的環境污染及化學染料對人體健康的危害。目前能應用的天然彩色棉主要是棕色和綠色兩種，色彩單一且產量低，品質較差，很難在市場上與白色棉花競爭。前期研究中，我們發現PA是棕色棉花纖維的主要色素物質(Xiao等，2007)。本發明利用同源克隆的方法從棉花棕色纖維中克隆了一個擬南芥TT2同源的能促進棉花PA合成的R₂R₃-MYB蛋白基因(GhPAPMYB1，Gossypium?hirsutum?proanthocyanidin?promoting?MYB)。序列分析表明該基因是一個新的TT2同源基因(圖1)，且與棕色纖維共分離(圖2)。表達分析表明GhPAPMYB1基因在棕色纖維中特異高表達，可能與棕色纖維中的PA合成相關(圖3)。轉基因研究表明，該基因的上調表達能夠促進棉花體內的PA結構基因的表達和PA的合成與累積(圖4和圖5)。GhPAPMYB1基因的克隆和功能驗證為在棉花和其他植物中對PA合成進行轉基因調控奠定了基礎。利用棉花纖維特異啟動子控制GhPAPMYB1基因的表達有可能在棉花纖維中特異合成和累積PA，打破棕色纖維與不良性狀的緊密連鎖，從而創建優質高產的轉基因棕色棉品系(種)。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種促進棉花和其他植物原花色素(PA)合成和累積的基因GhPAPMYB1。

本發明的另一個目的是提供一種上述基因編碼的蛋白質。

本發明的再一個目的是提供含有上述基因序列的表達載體。

本發明的進一步目的是提供上述基因在農業、林業、牧業的作物育種中的應用，即促進植物原花色素合成和積累。

本發明也提供上述基因在制備轉基因植物中的應用。

根據本發明的一方面，所述促進植物原花色素合成和累積的基因是棉花原花色素合成調控基因GhPAPMYB1，采用基因工程技術從棉花(Gossypiumhirsutum)中分離得到，其超量表達能夠促進棉花體內的PA結構基因的表達以及PA的合成和積累。所述基因的核苷酸序列為下述核苷酸序列之一：

1)如SEQ?ID?NO.1所示的DNA序列；

2)如SEQ?ID?NO.2所示的DNA序列；

此外，與SEQ?ID?NO.1或SEQ?ID?NO.2所示的DNA序列具有98％以上同源性，且編碼相同功能蛋白質的DNA序列也在本發明考慮范圍之內。