[發明專利]REVOLUTA基因在調控豆科植物小葉片數目和葉莖比中的應用

有效

• 申請號: 201710672282.3
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107299104B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 周傳恩;韓璐;趙陽
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;A01H5/00;A01H6/54
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 彭成

本發明公開了REVOLUTA基因(其核苷酸序列如SEQ ID No.1所示)在調控豆科植物小葉片數目和葉莖比中的應用。本發明首次分離得到了蒺藜苜蓿HD?ZIP III基因家族成員MtREVOLUTA基因的敲除突變體株系，發現植株的小葉片數目由三個變為四個或五個(多達81.5％的葉片的小葉片數目得到了提高)，同時葉莖比顯著提高(提高了約11％)，這證明，該基因參與了調控豆科植物的小葉片數目和葉莖比，敲除該基因，可以得到小葉片數目和葉莖比高于野生型植株的轉基因豆科植物，預示本發明實施后將會創造新型豆科牧草植物，可用于后續的牧草品質，對我國草業生產具有重大意義。

技術領域

本發明涉及蒺藜苜蓿轉錄因子HD-ZIPIII基因家族的MtREVOLUTA基因在調控小葉片數目和葉莖比中的應用，屬于基因工程技術領域。

背景技術

豆科牧草苜蓿是世界上栽培最早，分布最廣，也是最為重要的一種多年生優質牧草。但是，國產苜蓿產量少、品質差、貨源不穩定，這已成為限制我國草食畜牧業和奶業發展的一個不可忽視的因素。目前我國苜蓿的商業生產正在迅速增長，但由于國內對高質量苜蓿日益增長的巨大需求，國產苜蓿的短缺情況并沒有得到緩解。因此苜蓿的產量和品質改良是我國草業、畜牧業和奶業發展的重大迫切需求。

苜蓿是以收獲葉、莖為主的牧草，葉對苜蓿產草量的貢獻率最多可達60％。葉片不僅是苜蓿生長發育、產量構成和品種特性的重要指標，更是栽培管理及病蟲害監測的主要研究對象。在苜蓿品質評價體系中，葉莖比(葉片與莖稈重量的比值)是其中一個重要的指標。苜蓿70％的蛋白質儲藏于葉片中，而且葉片纖維含量僅為莖稈的1/3。因此葉莖比值越大，苜蓿的營養價值就越高，適口性就越好，同時利用價值也就相對越高。苜蓿多葉性狀目前已被作為一種形態學標記，被認為具有高產和優質的潛力。選育葉量豐富、葉莖比高的苜蓿新品種一直是育種工作者追求的目標。

植物的葉發育模式分為單葉和復葉。單葉結構指得是在一個葉柄上只有一個小葉片，而復葉結構指得是在一個葉柄上有多個小葉片生成。蒺藜苜蓿的葉為復葉結構，包括三個小葉片。苜蓿的多葉性狀是由多基因控制的，其產生是一個復雜的過程而且同時受環境和基因兩方面的影響。到目前為止，只有少數多葉苜蓿品種被商業化。這些品種中大部分植株具有多葉性狀，但植株個體多葉頻率高低不均：有的植株僅數個復葉為多葉型，多數復葉仍為三出復葉；也有植株不同枝條上混雜出現多葉型復葉和三出復葉，而多葉頻率高的植株則非常少見。這些缺陷導致現有的多葉型苜蓿品種在生產性能方面并未表現出明顯優勢。

因此，基于以上原因，對苜蓿復葉發育分子機制進行研究，通過基因工程直接提高苜蓿小葉片數量可為苜蓿優質新品系的分子設計改良和育種提供理論基礎和技術手段，有助于高效、優質、高產的苜蓿新品種的培育。

同源域亮氨酸拉鏈第三類基因家族(class III homeodomain-leucine zipper，HD-ZIP III)在葉片極性建立過程中起關鍵作用。目前尚未見到有關于蒺藜苜蓿HD-ZIPIII基因家族成員MtREVOLUTA基因在復葉物種中調控小葉片數目和葉莖比的報道。

發明內容

針對上述現有技術，針對現有多葉苜蓿品種多葉頻率不高的問題，本發明發現了一種調控豆科植物小葉數目和葉莖比的基因，并提供了一種敲除該基因以獲得可提高小葉片數目和葉莖比的轉基因豆科植物的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明首次分離得到了蒺藜苜蓿HD-ZIP III基因家族成員MtREVOLUTA基因的敲除突變體株系，并通過實驗證明，該基因參與了調控豆科植物的小葉片數目和葉莖比，并可通過敲除該基因的方式以得到小葉片數目和葉莖比高于野生型植株的轉基因豆科植物。

所述MtREVOLUTA基因，其核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。

所述豆科植物，優選苜蓿、蒺藜苜蓿、三葉草。