一种玉米waxy基因突变体及其分子标记和应用制造技术

本发明专利技术涉及植物分子生物学技术领域，具体涉及一种玉米waxy基因突变体及其分子标记和应用。本发明专利技术提供玉米WAXY蛋白突变体，其相对于野生型WAXY蛋白包含在第125位氨基酸后插入如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列的突变，导致蛋白翻译提前终止。本发明专利技术还提供玉米waxy基因突变体，其相对于野生型waxy基因包含在第3个外显子的第43位核苷酸后插入如SEQ ID NO.4所示的核苷酸序列的突变。本发明专利技术提供的WAXY蛋白突变体和waxy基因突变体可使得玉米籽粒的支链淀粉含量显著提高，籽粒呈现糯质性状。本发明专利技术还提供waxy基因突变体的分子标记，可实现糯玉米的苗期选择，极大地缩短了育种周期。

【技术实现步骤摘要】
一种玉米waxy基因突变体及其分子标记和应用
本专利技术涉及植物分子生物学
，具体涉及一种玉米waxy基因突变体及其分子标记和应用。
技术介绍
玉米等谷物的籽粒中富含淀粉，淀粉的含量和组成(例如：直链淀粉和支链淀粉的含量)是影响谷物的营养价值、加工品质和经济价值的重要因素。糯玉米又称粘玉米，具有很高的营养、加工和经济价值。糯玉米籽粒胚乳中含有接近100％的支链淀粉，故而具有粘性。糯玉米在亚洲地区主要被作为食物消费，同时也是纺织和造纸工业的重要原料。糯玉米起源于中国，并于1908年被美国人Collins引入到美国，随后传播到世界各地。玉米糯质性受waxy单基因隐性突变控制，该基因编码直链淀粉合成所必需的颗粒结合淀粉合成酶(GBSSI)。普通玉米waxy基因全长3.93kb，位于9号染色体上，由14个外显子组成。DNA序列的插入和缺失是造成玉米waxy基因突变的主要原因。在中国糯玉米中，主要存在wx-D7和wx-D10(分别为第7外显子的30bp缺失突变和第10外显子的15bp缺失突变)两种突变类型。此外研究人员还鉴定到3种转座子插入所造成的突变，它们分别为wx-Cin4(Cin4反转座子插入到第6个外显子)、wx-124(MITE转座子插入到第7外显子)和wx-Reina(Reina反转座子插入到第10个内含子)。除以上5种突变类型外，糯玉米种质仍可能存在未知的新的waxy基因突变类型，其中可能包含一些低频waxy基因突变类型，这些稀有的waxy基因突变在糯玉米种质选育和保存过程中容易丢失。因此，发掘新的waxy基因突变体并开发其分子标记，将为针对性地筛选、鉴定和选育糯玉米种质提供了有效方法，对于保护和利用珍稀糯玉米种质具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种玉米waxy基因突变体及其蛋白突变体，本专利技术的另一目的是提供该基因突变体的分子标记。为实现上述目的，本专利技术对糯玉米种质资源进行了大量的序列分析、遗传和性状研究，具体地，从玉米种质资源库中收集200份糯玉米自交系种质，利用4对引物对waxy基因从第1个外显子到第14个外显子区段进行PCR扩增，测序分析发现，200个糯玉米自交系种质中，有8份玉米材料携带一种新的waxy基因等位突变，将该新的waxy基因突变类型命名为wx-hAT。wx-hAT的具体特征为：waxy基因的第3个外显子的第43位核苷酸后面存在2286bp的hAT类转座子插入突变。cDNA序列分析发现2.2kb插入片段中有1179bp在wx-hAT类型糯玉米waxy基因转录过程中被外显子化，导致蛋白翻译提前终止，蛋白的氨基酸序列发生改变。支链淀粉含量测定结果表明这8份糯玉米籽粒中的支链淀粉含量均高于94.5％，颗粒结合淀粉合成酶活性显著低于普通玉米，这些表型特征均与对照糯玉米类似。进一步基于wx-hAT类型糯玉米和普通玉米在waxy基因第3个外显子的序列差异，开发位点特异性PCR功能分子标记PCR-hAT，该功能分子标记的特征为：在waxy基因wx-hAT纯合突变的玉米材料中，PCR扩增片段大小为608bp；在waxy基因野生型材料中的扩增片段大小为884bp；而在杂合型的玉米中可同时扩增出608bp和884bp片段。基于上述发现，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供玉米WAXY蛋白突变体，以玉米野生型WAXY蛋白的氨基酸序列为参考序列，该WAXY蛋白突变体相对于野生型WAXY蛋白包含在第125位氨基酸后插入如SEQIDNO.1所示的氨基酸序列的突变。以上所述的玉米野生型WAXY蛋白，对于玉米自交系B73，WAXY蛋白的登录号为Zm00001d045462(MaizeGDB，https://www.maizegdb.org)。SEQIDNO.1所示的氨基酸序列中含有终止密码子，因此SEQIDNO.1所示的氨基酸的插入导致WAXY蛋白的翻译提前终止。具体地，所玉米WAXY蛋白突变体的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。基于上述蛋白突变体，本专利技术进一步提供玉米waxy基因突变体，该基因突变体可为cDNA或基因组DNA序列。对于cDNA，以玉米野生型waxy的cDNA序列为参考序列，该waxy基因突变体相对于玉米野生型waxy基因的cDNA包含在起始密码子下游第376位后插入如SEQIDNO.3所示的核苷酸序列的突变。对于基因组DNA，以玉米野生型waxy基因的基因组DNA核苷酸序列为参考序列，所述waxy基因突变体相对于野生型waxy基因的基因组DNA包含在第3个外显子的第43位核苷酸后插入如SEQIDNO.4所示的核苷酸序列的突变。以上所述的野生型waxy基因，对于玉米自交系B73，waxy基因的登录号为Zm00001d045462(MaizeGDB，https://www.maizegdb.org)。具体地，所述waxy基因突变体的起始密码子至第3个外显子的终点的核苷酸序列如SEQIDNO.5或SEQIDNO.6所示。其中，SEQIDNO.5所示的序列为突变体cDNA的起始密码子至第3个外显子的终点。SEQIDNO.6所示序列为突变体基因组DNA的起始密码子至第3个外显子的终点。以上所述的蛋白突变体可由所述基因突变体编码得到。本专利技术还提供含有所述基因突变体的生物材料，所述生物材料包括表达盒、载体或宿主细胞。上述表达盒可为将所述基因突变体与调控其转录或表达的元件连接得到的DNA片段。上述载体可为克隆载体或表达载体。上述宿主细胞可为微生物细胞或非繁殖性植物细胞。本专利技术还提供包含所述基因突变体的玉米。本专利技术还提供与玉米糯性相关的InDel分子标记，其为包含如SEQIDNO.4所示序列的DNA片段，或为包含如SEQIDNO.19所示序列的DNA片段；如SEQIDNO.4所示序列的插入位置为玉米waxy基因第3个外显子的第43位核苷酸之后。本专利技术还提供与玉米糯性相关的InDel分子标记，其为由SEQIDNO.8和SEQIDNO.9所示的引物扩增得到的DNA片段。以上所述的InDel分子标记可用于检测所述waxy基因突变体。本专利技术还提供用于检测以上所述的分子标记的引物组合，该引物组合包括SEQIDNO.7-9所示的引物。本专利技术提供所述玉米WAXY蛋白突变体或所述waxy基因突变体或含有waxy基因突变体的生物材料或所述分子标记或所述引物组合的如下任一种应用：(1)在提高玉米籽粒的支链淀粉含量中的应用；(2)在降低玉米籽粒的直链淀粉含量中的应用；(3)在糯玉米遗传育种中的应用；(4)在制备糯玉米中的应用；(5)在鉴定或筛选糯玉米或其种质资源中的应用。本专利技术提供一种制备糯玉米的方法，其为使玉米表达所述玉米WAXY蛋白突变体。以上所述的方法可通过杂交、回交、自交的方法使玉米表达WAXY蛋白突变体。本专利技术还提供一种鉴定糯玉米的方法，以待测玉米的DNA为模板，利用SEQIDNO.7-9所示的引本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.玉米WAXY蛋白突变体，其特征在于，以玉米野生型WAXY蛋白的氨基酸序列为参考序列，所述WAXY蛋白突变体相对于野生型WAXY蛋白包含在第125位氨基酸后插入如SEQ IDNO.1所示的氨基酸序列的突变。/n

【技术特征摘要】
1.玉米WAXY蛋白突变体，其特征在于，以玉米野生型WAXY蛋白的氨基酸序列为参考序列，所述WAXY蛋白突变体相对于野生型WAXY蛋白包含在第125位氨基酸后插入如SEQIDNO.1所示的氨基酸序列的突变。


2.根据权利要求1所述的蛋白突变体，其特征在于，其氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。


3.玉米waxy基因突变体，其特征在于，以玉米野生型waxy的cDNA序列为参考序列，所述waxy基因突变体相对于玉米野生型waxy基因的cDNA包含在起始密码子下游第376位后插入如SEQIDNO.3所示的核苷酸序列的突变，
或者，以玉米野生型waxy基因的基因组DNA序列为参考序列，所述waxy基因突变体相对于野生型waxy基因的基因组DNA包含在第3个外显子的第43位核苷酸后插入如SEQIDNO.4所示的核苷酸序列的突变。


4.根据权利要求3所述的基因突变体，其特征在于，所述waxy基因突变体的起始密码子至第3个外显子的终点的序列如SEQIDNO.5或SEQIDNO.6所示。


5.含有权利要求3或4所述的基因突变体的生物材料，所述生物材料包括表达盒、载体或宿主细胞。


6.与玉米糯性相关的InDel分子标记，其特征在于，其为包含如SEQIDNO.4所示序列的DNA片段，或为包含如...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆美洁，赵久然，赵衍鑫，卢柏山，史亚兴，张云霞，
申请(专利权)人：北京市农林科学院，
类型：发明
国别省市：北京;11