一种玉米籽粒体积突变体ks及其应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程和分子生物学技术领域，具体涉及一种玉米己糖转运蛋白基因(ZmSWEET4)缺失的玉米籽粒体积突变体ks及其应用。本发明专利技术所述方案从玉米突变体ks中克隆了编码基因，并验证了该基因可以调控玉米籽粒灌浆过程从而影响籽粒大小，经试验，将该基因簇在普通玉米中进行超表达，在超表达转基因植株中，籽粒产量明显高于对照，可以获得比野生型植株产量更高的转基因作物。本发明专利技术所获得基因可为培育农作物新品种提供理论依据和基因来源，在玉米种质资源的遗传改良育种中作用重大。

A corn grain volume mutant KS and its application

The invention belongs to the field of plant genetic engineering and molecular biology technology, and specifically relates to a corn kernel volume mutant KS deleted from corn hexose transporter gene (ZmSWEET4) and its application. The scheme of the invention was cloned from maize gene encoding mutant KS, and validated the grain filling process of maize genes can affect grain size control, through the test, the gene cluster in maize were overexpression in transgenic plants overexpressing, grain yield was significantly higher than the control, can obtain transgenic crops high yield than wild type plants. The obtained genes can provide theoretical basis and gene source for breeding new varieties of crops, and play a major role in the genetic improvement breeding of maize germplasm resources.

【技术实现步骤摘要】
一种玉米籽粒体积突变体ks及其应用
本专利技术属于植物基因工程和分子生物学
，具体涉及一种玉米己糖转运蛋白基因(ZmSWEET4)缺失的玉米籽粒体积突变体ks及其应用。
技术介绍
玉米是我国重要的粮食作物和典型的C4类模式植物，在粮食生产和单子叶植物功能基因组学研究中具有重要地位。随着全球玉米需求的快速增长，玉米在国民经济中的地位日益凸显。世界各国对玉米的需求量逐年增加，玉米消费结构发生了根本性变化，即由解决温饱的主要粮食作物，逐渐发展成为禽畜饲料、工业原料、餐桌副食、能源作物的多样化格局。特别是近年来再生能源与精深加工领域赋予了玉米新的内涵，使得玉米的工业加工比例迅速增长，多元需求使玉米成为21世纪举足轻重的战略资源。因此，玉米产量将直接影响到畜牧、轻工、能源及其相关行业的发展，关系到国家粮食安全以及人民生活水平的提高，在经济发展中具有特别重要的地位。如何提高玉米的产量，是我国目前迫切需要解决的重大课题。除了优化种植环境和条件外，从作物自身的遗传因素入手，解析影响产量的遗传因子及其作用分子机理，也是进行农作物产量遗传改良的重要基础。高产是玉米遗传改良研究的一个永恒主题，而籽粒(种子)大小是与玉米产量指标相关的一个重要性状。因此，研究调控籽粒大小的分子机理和寻找控制籽粒大小的基因，对提高玉米产量具有非同寻常的意义。近年来，随着分子生物学和基因组学研究技术的迅速发展，通过图位克隆、转座子标签等方法，已经鉴定并克隆了一些控制玉米籽粒发育的基因。1996年，Cheng等报道miniature1编码一个细胞壁转化酶的同工酶，该酶在胚乳的发育中活性增加，该基因突变体的籽粒重量与野生型相比，减少了30％以上(Chengetal.,1996)。另一个影响种子大小的基因rgf1，其突变将会影响籽粒的填充，使籽粒基部连接母体的部分发育异常，转移层细胞中基因表达减少，最终胚乳变小，产生小种子(Maitzetal.,2000)。另有ppr2263基因编码一个含有DYW结构域的PPR蛋白，此蛋白在nad5和cob转录后的RNA编辑中起作用，该基因突变也会导致小籽粒的产生(Sossoetal.,2012)。Li等也发现玉米Smk1基因编码定位于线粒体中的E类PPR蛋白，该基因的突变会阻遏胚及胚乳的发育，从而导致种子变小(Lietal.,2014)。此外，番茄的fw2.2基因在玉米中的同源基因家族CNRs(CellNumberRegulation)也会影响种子的发育，该家族基因含有一个富含半胱氨酸的保守基序，通过影响细胞的数目从而影响种子器官的大小。过表达该家族的CNR1基因会导致籽粒变小，而抑制或者敲除该基因能够使籽粒显著增大(Guoetal.,2010)。在模式植物拟南芥和水稻中，对控制种子大小的基因也有一些研究。拟南芥的ANT和ARGOS是两个研究的相对较为清楚的基因，它们通过改变细胞数目来影响种子器官的大小。其中，ANT是一个含有AP2结构域的转录因子，而AGROS基因则通过作用于位于其上游的ANT基因来影响种子器官的大小。过表达ANT和ARGOS都会导致种子器官的增大(Elliottetal.,1996；Krizeketal.,1999)。另外，与ARGOS不同的是ARGOS-LIKE基因主要通过改变细胞的大小来影响种子的大小(Huetal.,2006)。近年来，在水稻中也克隆到了控制种子大小的基因，例如：GS3(Fanetal.,2006,2009；Lietal.,2004)、GW2(Songetal.,2007)、qSW5/GW5(Wanetal.,2008；Wengetal.,2008；Shomuraetal.,2008)、GL3.1(Qietal.,2012)等，这些基因均可以通过不同作用机理调控水稻种子器官的大小，但其中大部分是负调控因子。GS3和GW2在玉米中的同源基因ZmGS3和ZmGW2也被证实与玉米产量决定因素有关联(Lietal.,2010a；Lietal.,2010b)。最近由张启发院士实验室克隆的GS5基因在调控水稻种子的大小和产量方面起着重要的作用，且实验证明该因子是一个正调控因子，并编码一个预测的丝氨酸羧肽酶，该基因过表达株系的种子与对照相比明显增大(Lietal.,2011)。SWEET(sugarswilleventuallybeexportedtransporters)蛋白是一个结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白，具有蔗糖、果糖转运体的作用(Yuan等2010)。有数据表明SWEET基因参与多种生理过程，包括韧皮部装载、调控生殖发育、参与宿主-病原体互作的抗病反应和胁迫反应、离子转运等。目前模式植物中,拟南芥有17个SWEET家族成员，水稻有21个家族成员(Chen等2010；Xuan等2013)。SWEET基因编码的糖转运蛋白，负责将韧皮部运输的糖类转运至周边的库器官，因此参与调控种子的灌浆过程。可溶性糖向发育中种子的转运能力决定了细胞的大小和数目，并最终影响种子的大小。Sosso等人报道的ZmSWEET4c基因的mu转座子插入突变导致籽粒皱缩、果皮空瘪、育性降低，而ks突变体仅表现为籽粒体积变小且育性正常，说明ZmSWEET4c基因突变与ZmSWEET4基因簇突变存在差异。通过研究该突变基因的功能并对基因的表达规律进行分析，可以为玉米产量的遗传改良提供新的思路，为分子育种提供基因元件。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种玉米籽粒体积突变体ks及其应用。为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种玉米籽粒体积突变体ks，其为玉米己糖转运蛋白基因ZmSWEET4家族成员ZmSWEET4c起始密码子ATG下游(不含ATG)第913个碱基起至ZmSWEET4b的起始密码子ATG下游(不含ATG)第481碱基之间的序列缺失，缺失片段为137,868个碱基。所述的玉米籽粒体积突变体ks，包含如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列。所述的玉米籽粒体积突变体ks，其氨基酸序列如SEQIDNo.2所示。本专利技术还公开了一种编码所述的玉米籽粒体积突变体ks的突变基因，包含如SEQIDNo.1所示的核苷酸序列。所述的编码所述的玉米籽粒体积突变体ks的突变基因，其核苷酸序列如SEQIDNo.1所示。本专利技术还公开了一种含有所述的突变基因的表达载体，所述表达载体为PBI121-KS。本专利技术还公开了一种含有所述的表达载体的重组菌。本专利技术还公开了一种构建所述的重组菌的方法，包括将所述的表达载体导入农杆菌宿主菌株，以使所述表达载体在所述宿主中有效表达的步骤。本专利技术还公开了所述的玉米籽粒体积突变体ks在培育大籽粒转基因经济作物领域中的应用。本专利技术还公开了所述的玉米籽粒体积突变体ks在经济作物育种改良领域中的应用。所述育种改良是指提高玉米籽粒的体积。本专利技术所述方案从玉米突变体ks中克隆了编码基因，并验证了该基因可以调控玉米籽粒灌浆过程从而影响籽粒大小，经试验，将该基因簇在普通玉米中进行超表达，在超表达转基因植株中，籽粒产量明显高于对照，可以获得比野生型植株产量更高的转基因作物。本专利技术所获得基因可为培育农作物新品种提供理论依据和基因来源，在玉米种质资源的遗传改良育种中作用重大。附图说明为了使本专利技术的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玉米籽粒体积突变体ks，其特征在于：其为玉米己糖转运蛋白基因ZmSWEET4家族成员ZmSWEET4c起始密码子ATG下游第913个碱基起至ZmSWEET4b的起始密码子ATG下游第481碱基之间的序列缺失，缺失片段为137,868个碱基。

【技术特征摘要】
1.一种玉米籽粒体积突变体ks，其特征在于：其为玉米己糖转运蛋白基因ZmSWEET4家族成员ZmSWEET4c起始密码子ATG下游第913个碱基起至ZmSWEET4b的起始密码子ATG下游第481碱基之间的序列缺失，缺失片段为137,868个碱基。2.根据权利要求1所述的玉米籽粒体积突变体ks，其特征在于：包含如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列。3.根据权利要求2所述的玉米籽粒体积突变体ks，其特征在于：其氨基酸序列如SEQIDNo.2所示。4.一种编码权利要求2或3所述的玉米籽粒体积突变体ks的突变基因，其特征在于，包含如SEQIDNo.1所示的核苷...

【专利技术属性】
技术研发人员：于彦丽，孟昭东，李艳娇，赵勐，孙琦，李文才，李文兰，庞凯元，
申请(专利权)人：山东省农业科学院玉米研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37