本发明属于植物育种领域，涉及调控大豆株型和提高产量的蛋白gmltpp及其编码基因与应用。
背景技术：
1、大豆作为重要的粮油饲兼用作物，在保障我国粮食安全和农产品贸易领域扮演着举足轻重的角色。随着人们生活水平的不断提高，对植物油及饲料蛋白的需求急剧增加，我国大豆产量偏低，无法满足日常生产生活需要。提高大豆单产水平，是亟需解决的重要生产问题和亟待突破的育种技术瓶颈。
2、作物株型包括株高、分枝(分蘖)、叶形和穗型(结荚习性)等，株型驯化或改良在实现作物产量重大突破中发挥着至关重要的作用。对大豆株型的改良，对于最终实现育种应用、提升大豆产量具有重要实际应用价值。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是如何调控植物的株型和提高植物产量。
2、本发明首先提供了一种调控植物株型和提高产量的方法，包括调控目的植物的蛋白质的活性和/或含量，或/和所述蛋白质的编码基因的表达量，来调控植物株型和提高产量。
3、上述蛋白质可为如下任一种的蛋白质：
4、a1)氨基酸序列如seq id no.2所示的蛋白质；
5、a2)将a1)的蛋白质经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与a1)所示的蛋白质具有75％以上的同一性且具有调控植物株型和产量的蛋白质；例如本领域技术人员可根据如seq id no.2所示的氨基酸序列以及氨基酸的保守性替换等本领域常规技术手段，在不影响其活性的前提下，通过取代、缺失和/或增加一个或几个氨基酸，得到与如seqid no.2所示的氨基酸序列具有相同功能的蛋白突变体；
6、a3)在a1)或a2)的n末端或/和c末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质。
7、上述a1)所述蛋白质的名称为gmltpp。
8、为了使a1)中的蛋白质便于纯化或检测，可在由序列表中seq id no.2的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接标签蛋白。
9、上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。
10、所述标签蛋白包括但不限于：gst(谷胱甘肽巯基转移酶)标签蛋白、his6标签蛋白(his-tag)、mbp(麦芽糖结合蛋白)标签蛋白、flag标签蛋白、sumo标签蛋白、ha标签蛋白、myc标签蛋白、egfp(增强型绿色荧光蛋白)、ecfp(增强型青色荧光蛋白)、eyfp(增强型黄绿色荧光蛋白)、mcherry(单体红色荧光蛋白)或avitag标签蛋白。
11、本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化或点突变的方法，对本发明的编码蛋白质gmltpp的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的蛋白质gmltpp的核苷酸序列75％或75％以上同一性的核苷酸，只要编码蛋白质gmltpp且具有蛋白质gmltpp功能，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。
12、上述75％或75％以上同一性，可为80％、85％、90％或95％以上的同一性。
13、本文中，同一性是指氨基酸序列或核苷酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列或核苷酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列或或核苷酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。
14、本文中，所述80％以上的同一性可为至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。
15、本文中，所述90％以上的同一性可为至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。
16、上文中，所述蛋白质来源于大豆(glycine max(l.)merr.)。
17、上述方法中，所述调控目的植物中所述蛋白质gmltpp的活性和/或含量，或/和所述蛋白质的编码基因的表达量包括向受体植物中导入抑制、降低或沉默所述蛋白质的编码基因gmltpp，得到植物株型改变和产量提高的目的植物；所述gmltpp编码基因编码所述蛋白质gmltpp。
18、所述导入指通过重组手段，包括但不限于农杆菌(agrobacterium)介导的转化，生物射弹(biolistic)方法，电穿孔，in planta技术，等等导入。
19、上述蛋白质gmltpp也属于本发明的保护范围。
20、本发明还提供了与上述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料可为下述中的任一种：
21、b1)编码前文所述蛋白质的核酸分子；
22、b2)含有b1)所述核酸分子的表达盒；
23、b3)含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b2)所述表达盒的重组载体；
24、b4)含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物；
25、b5)含有b1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有b2)所述表达盒的转基因植物细胞系；
26、b6)含有b1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有b2)所述表达盒的转基因植物组织；
27、b7)含有b1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有b2)所述表达盒的转基因植物器官；
28、c1)抑制或降低或沉默前文所述蛋白质的编码基因表达的核酸分子；
29、c2)表达c1)所述核酸分子的编码基因；
30、c3)含有c2)所述编码基因的表达盒；
31、c4)含有c2)所述编码基因的重组载体、或含有c3)所述表达盒的重组载体；
32、c5)含有c2)所述编码基因的重组微生物、或含有c3)所述表达盒的重组微生物、或含有c4)所述重组载体的重组微生物；
33、c6)含有c2)所述编码基因的转基因植物细胞系、或含有c3)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有c4)所述重组载体的转基因植物细胞系；
34、c7)含有c2)所述编码基因的转基因植物组织、或含有c3)所述表达盒的转基因植物组织、或含有c4)所述重组载体的转基因植物组织；
35、c8)含有c2)所述编码基因的转基因植物器官、或含有c3)所述表达盒的转基因植物器官、或含有c4)所述重组载体的转基因植物器官。
36、上述生物材料中，b1)所述核酸分子可为如下e1)或e2)所示的基因：
37、e1)编码序列是seq id no.3的cdna分子或dna分子；
38、e2)核苷酸是seq id no.1的cdna分子或dna分子。
39、seq id no.3所示的dna分子(调控植物株型和产量性状的gmltpp基因)编码氨基酸序列是seq id no.2的蛋白质gmltpp。
40、seq id no.3所示的核苷酸序列为蛋白质gmltpp编码基因(cds)的核苷酸序列。
41、本发明所述的gmltpp基因可以为任意能够编码蛋白质gmltpp的核苷酸序列。考虑到密码子的简并性以及不同物种密码子的偏爱性，本领域技术人员可以根据需要使用适合特定物种表达的密码子。
42、b1)所述核酸分子还可包括在seq id no.3所示核苷酸序列基础上经密码子偏好性改造得到的核酸分子。
43、b1)所述核酸分子还可包括与seq id no.3所示的核苷酸序列一致性为95％以上且来源相同种属的核酸分子。
44、本文所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如grna、mrna、sirna、shrna、sgrna、mirna或反义rna。
45、本文所述载体是本领域技术人员公知的，包括但不限于：质粒、噬菌体(如λ噬菌体或m13丝状噬菌体等)、黏粒(即柯斯质粒)、ti质粒或病毒载体。具体可为载体cas9/grna。
46、可用现有的植物表达载体构建含有gmltpp基因的重组表达载体。所述植物表达载体包括但不限于如双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3'端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mrna加工或基因表达的dna片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mrna前体的3'端，如包括但不限于农杆菌冠瘿瘤诱导(ti)质粒基因(如胭脂合成酶nos基因)、植物基因(如大豆贮藏蛋白基因)3'端转录的非翻译区均具有类似功能。
47、使用gmltpp基因构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子，包括但不限于如花椰菜花叶病毒(camv)35s启动子、玉米的泛素启动子(ubiquitin)，它们可单独使用或与其它植物启动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。
48、为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入包括但不限于可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(gus基因、荧光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除草剂基因)等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。
49、在一个具体的实施例中，c4)所述重组载体可为gmltpp-sgrna，所述重组载体gmltpp-sgrna的结构描述如下：将靶序列为5’-aatcagatgatgcaaaccca-3’的dna分子通过同源重组插入到cas9/grna载体上，且保持cas9/grna载体的其他序列不变得到的重组表达载体。
50、本文c5)所述微生物可为酵母、细菌、藻或真菌。其中，细菌可来自埃希氏菌属(escherichia)，欧文氏菌(erwinia)，根癌农杆菌属(agrobacterium)、黄杆菌属(flavobacterium)，产碱菌属(alcaligenes)，假单胞菌属(pseudomonas)，芽孢杆菌属(bacillus)等。具体可为根癌农杆菌eha105。
51、在一个具体的实施例中，所述重组微生物具体可为重组农杆菌eha105/gmltpp-sgrna。
52、所述重组农杆菌eha105/gmltpp-sgrna是将所述重组载体gmltpp-sgrna导入根癌农杆菌eha105得到的重组菌。
53、本发明还提供了前文所述蛋白质gmltpp或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在下述任一中的应用：
54、u1)所述的蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在调控植物株型和产量中的应用；
55、u2)所述的蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备调控植物株型和产量的产品中的应用；
56、u3)所述的蛋白或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在培育植物株型改变和产量提高的植物中的应用；
57、u4)所述的蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备培育株型改变和产量提高的植物产品中的应用；
58、u5)所述的蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在植物育种中的应用。
59、本文中，调控所述蛋白质活性和/或含量的物质可为调控基因表达的物质，所述基因编码所述蛋白质gmltpp。
60、本文中，所述调控基因表达的物质可为进行如下6种调控中至少一种调控的物质：
61、1)在所述基因转录水平上进行的调控；
62、2)在所述基因转录后进行的调控(也就是对所述基因的初级转录物的剪接或加工进行的调控)；
63、3)对所述基因的rna转运进行的调控(也就是对所述基因的mrna由细胞核向细胞质转运进行的调控)；
64、4)对所述基因的翻译进行的调控；
65、5)对所述基因的mrna降解进行的调控；
66、6)对所述基因的翻译后的调控(也就是对所述基因翻译的蛋白质的活性进行调控)。
67、上述应用中，所述调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质具体可为与所述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料可为前文所述的生物材料。
68、本文中，所述调控所述蛋白质的编码基因的表达可为抑制或降低或下调所述编码基因表达。抑制或降低或下调所述编码基因表达可通过基因敲除或基因沉默实现。
69、所述基因敲除(gene knock out)是指通过基因编辑技术使特定靶基因失活的现象。基因敲除是通过dna序列的改变使特定靶基因失活。
70、本发明中，所述植物育种的目的包括培育株型改变和产量提高/降低的植物。
71、本发明还提供了一种培育植物株型和/或产量改变的植物的方法，包括：
72、1)抑制、降低或沉默目的植物中前文所述蛋白质的编码基因的表达量，或/和抑制、降低或沉默前文所述蛋白质的编码基因的活性和/或含量，得到株型改变和产量提高的植物；
73、2)提高、增强或上调目的植物中前文所述蛋白质的编码基因的表达量，或/和提高、增强或上调前文所述蛋白质的编码基因的活性和/或含量，得到株型改变和产量降低的植物。
74、在一个具体的实施例中，培育株型改变和产量提高的植物的方法，包括如下步骤：抑制目的植物中的编码gmltpp蛋白的核酸分子表达，得到株型改变和产量提高的转基因植物。所述抑制目的植物中的编码gmltpp蛋白的核酸分子表达具体可通过向目的植物中导入以编码gmltpp蛋白的核酸分子为靶标的敲除载体实现。
75、所述敲除载体可为基因编辑载体。具体的，所述基因编辑载体为基于cas9基因编辑技术的载体。具体的，所述基因编辑载体表达sgrna和cas9蛋白。
76、作为本发明的一种实施方案，所述培育株型改变和产量提高的植物的方法包括如下步骤：
77、(1)构建seq id no.4的抑制gmltpp基因表达的基因编辑载体；
78、(2)将步骤(1)构建的基因编辑载体导入植物中；
79、(3)经筛选和鉴定获得株型改变和产量提高的植物。
80、所述sgrna以编码gmltpp蛋白的核酸分子为靶标。具体的，所述sgrna序列为：5’-aatcagatgatgcaaaccca-3’。
81、上述方法中，所述crispr/cas9系统基因编辑的靶点为seq id no.1第3298-3317位的反向互补序列，对应于seq id no.3(编码序列)的第246-265位的反向互补序列。
82、上述方法中，所述crispr/cas9系统基因编辑可为将大豆基因组中的蛋白质gmltpp的编码基因进行下述突变：将seq id no.1第3294-3303位(对应于seq id no.3(编码序列cds)的第242-251位)核苷酸“5’-gccatgggtttgca-3’”缺失，且在seq id no.1第3293-3294位(对应于seq id no.3(编码序列cds)的第241-242位)之间插入核苷酸“t”，是gmltpp蛋白发生移码突变；从而将编码gmltpp蛋白的基因敲除。
83、上述应用及方法中，所述调控可为提高、增强或上调。
84、上述应用及方法中，所述调控可为抑制、降低或沉默。
85、为了便于对转基因细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用重组表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色反应的酶或发光化合物的基因、具有抗性的抗生素标记物或是抗化学试剂标记基因等。也可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。
86、上述方法得到的植物可为转基因植物，也可为通过杂交等常规育种技术获得的植物。上述方法中，所述转基因植物理解为不仅包含第一代到第二代转基因植物，也包括其子代。对于转基因植物，可以在该物种中繁殖该基因，也可用常规育种技术将该基因转移进入相同物种的其它品种，特别包括商业品种中。所述转基因植物包括种子、愈伤组织、完整植株和细胞。
87、本文中，所述株型性状可包括株高、单株荚数、单株粒数或/和分枝数。
88、上述应用或方法中，所述植物是如下中的任一种：
89、n1)双子叶植物：
90、n2)豆目植物；
91、n3)豆科植物；
92、n4)大豆属植物；
93、n5)大豆。
94、本发明从大豆中分离克隆gmltpp基因，通过基因编辑技术敲除该基因获得突变体gmltpp，与对照植株株高148.3cm相比，gmltpp纯合突变体的株高平均为119.6cm，gmltpp纯合突变体的株高比对照显著降低；在分枝表型方面，对照植株分枝数为1.5个，gmltpp纯合突变体植株分枝数为3.0个，突变植株分枝数显著增加；在单株产量方面，对照植株平均单株荚数106.5个，单株粒数257.8粒，gmltpp纯合突变体单株荚数142.0个，单株粒数318.6粒，gmltpp纯合突变体单株荚数和粒数比野生型显著增加。实验证明，敲除蛋白质gmltpp可以改变大豆株型和提高产量，对大豆育种具有重要的指导意义。
1.一种调控植物株型和产量的方法，其特征在于，包括调控目的植物中蛋白质的活性和/或含量，或/和所述蛋白质的编码基因的表达量，来调控植物株型和产量；所述蛋白质为如下：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调控目的植物中权利要求1中所述蛋白质的活性和/或含量，或/和，权利要求1中所述蛋白质的编码基因的表达量包括向受体植物中导入抑制、降低或沉默所述蛋白质的编码基因，得到植物株型改变和产量高于所述受体植物的目的植物；所述编码基因编码权利要求1中所述蛋白质。
3.权利要求1中所述的蛋白质。
4.与权利要求3所述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料为下述中的任一种：
5.根据权利要求4所述的生物材料，其特征在于，b1)所述核酸分子为如下e1)或e2)所示的基因：
6.蛋白质或调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在如下任一种中的应用：
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述调控基因的表达物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质为与所述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料为下述中的任一种：
8.培育植物株型和产量改变的植物的方法，包括：
9.根据权利要求1、2或8任一所述的方法，权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述植物是如下中的任一种：
