本发明专利技术公开了糖基转移酶ZmKOB1基因及其在调控玉米雌穗结实性状或发育上的应用。本发明专利技术从玉米分离得到糖基转移酶ZmKOB1基因，利用基因超量表达技术获得了植株表型为行粒数、穗长和穗粒重增加的ZmKOB1超表达株系；进一步利用基因编辑技术敲除玉米ZmKOB1基因获得了表型为行粒数减少、穗长变短和穗粒重减少的突变体；在玉米自交系遗传背景下与ZmKOB1超表达株系杂交获得F1杂交种，最终确定ZmKOB1用于杂交种行粒数、穗长和穗粒重的遗传改良，进而提高杂交种的籽粒产量。本发明专利技术为玉米行粒数、穗长、穗粒重和杂种优势利用等方面发育遗传改良提供了理论依据，在培育玉米新品种或玉米的遗传改良上具有应用前景。改良上具有应用前景。改良上具有应用前景。
【技术实现步骤摘要】
糖基转移酶ZmKOB1基因及其在调控玉米雌穗结实性状或发育上的应用
[0001]本专利技术涉及糖基转移酶ZmKOB1基因及其应用，尤其涉及从玉米中分离的糖基转移酶ZmKOB1基因及其在调控玉米雌穗结实或发育性状以及在培育玉米高产新品种上的应用，属于糖基转移酶ZmKOB1基因及其用途领域。
技术介绍
[0002]玉米(Zea mays L.)是世界上三大粮食作物之一，也是中国的第一大作物，在国民经济中占有重要地位。随着人口的不断增加，中国耕地面积有限，且近期国家产业结构调整减少玉米种植面积，在经济日益增长、能源日趋紧张的环境下，具有粮食、饲料、工业原料等功能于一身的玉米，将面临着更大的需求，此种境况下，玉米单株产量的提高对保障中国粮食安全具有重大战略意义。玉米的单产主要由百粒重、行粒数、穗行数、单位面积有效穗数等构成，其中行粒数作为玉米产量的重要组成因素，不仅其遗传力较高，而且与产量呈显著正相关。因此，挖掘影响玉米行粒数基因并解析其调控机理具有重要的理论意义和应用价值。
[0003]植物糖基转移酶(Glycosyltransferases)是一类能够将糖基转移到小分子物质上的酶，其小分子物质包括植物激素类，多肽类，蛋白以及次生代谢物等。现有研究结果表明，糖基转移酶通过调控植物体内生长素的动态平衡，进而参与对非生物逆境的响应以及影响植物下胚轴伸长、叶子发育、种子萌发、籽粒大小、性别决定等生长发育过程。
[0004]前期大量研究结果表明，控制玉米行粒数的相关QTL很多，但是这些QTL位点的遗传效应微小，且不同研究者定位群体亲本间所含玉米行粒数的QTL位点不尽一致，说明控制玉米行粒数是受一系列微效多基因控制的复杂数量性状。尽管现有报道调控玉米行粒数的QTL位点很多，但被成功克隆的基因仍较少。此外，有学者利用玉米雌穗突变体开展了基因的克隆与研究；研究发现雌穗突变体通常是由于激素的合成或者信号转导途径发生缺陷造成的。但是这些已报道的玉米突变体由于表型过于极端，对玉米株型、生物量和产量负面影响很大，很难在实际生产中被应用。因此，急需挖掘能够应用于育种的调控玉米穗部性状的关键基因。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的之一是从玉米中分离得到糖基转移酶ZmKOB1基因；
[0006]本专利技术的目的之二是将所鉴定调控玉米穗部性状以及杂种优势利用等方面的关键基因(糖基转移酶ZmKOB1)应用于玉米雌穗遗传改良或者应用玉米育种，包括玉米自交系和杂交种的培育。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案包括：
[0008]本专利技术首先从玉米中分离得到ZmKOB1基因，其CDS的多核苷酸序列为 (a)、(b)、(c)、(d)或(e)所示：
[0009](a)、SEQ ID No.1所示的多核苷酸；或
[0010](b)、编码SEQ ID No.2所示氨基酸的多核苷酸；或
[0011](c)、与SEQ ID NO.1的多核苷酸的互补序列在严谨杂交条件能够进行杂交的多核苷酸；或
[0012](d)、与SEQ ID No.1所示的多核苷酸至少有90％或以上同源性的多核苷酸；或
[0013](e)、在SEQ ID NO.1所示的多核苷酸的基础上进行一个或多个碱基的缺失、取代或插入的多核苷酸变体，且该多核苷酸变体所编码的蛋白仍具有糖基转移酶的功能或活性。
[0014]另外，本领域技术人员可以将SEQ ID No.1所示的多核苷酸进行优化以增强在植物中的表达效率。例如，可采用目标植物的偏爱密码子进行优化来合成多核苷酸以增强在目标植物中的表达效率。
[0015]本专利技术进一步提供了所述ZmKOB1基因编码的蛋白质，该蛋白质的氨基酸序列为(a)或(b)所示:
[0016](a)、SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；或
[0017](b)、将SEQ ID No.2所示的氨基酸序列通过一个或多个氨基酸残基的替换、缺失或/和插入而衍生得到的仍具有糖基转移酶功能或活性的蛋白变体。
[0018]本专利技术所述的蛋白变体可由遗传多态性或人为操作产生，这些操作方法通常为本领域所了解。例如，可通过DNA的突变制备该氨基酸序列变体或片段，其中由于诱变或改变多核苷酸的方法为本领域所习知。其中，保守的取代是将一种氨基酸残基替换成具有相似性质的另一种氨基酸。
[0019]“变体”意指基本相似的序列，对于多核苷酸，变体包含天然多核苷酸中一个或多个位点处一个或多个核苷酸的缺失、插入或/和替换。对于多核苷酸，保守的变体包括由于遗传密码的简并性而不改变编码的氨基酸序列的那些变体。诸如此类天然存在的变体可通过现有的分子生物学技术来鉴定。变体多核苷酸还包括合成来源的多核苷酸，例如采用定点诱变所得到的仍编码SEQID No.2所示氨基酸序列的多核苷酸变体或者是通过重组的方法(例如DNA 改组)。本领域技术人员可通过以下分子生物技术手段来筛选或评价变体多核苷酸所编码蛋白的功能或活性：DNA结合活性、蛋白之间的相互作用，瞬时研究中基因表达的激活情况或转基因植物中表达的效应等。
[0020]本专利技术还提供了含有所述ZmKOB1基因的重组植物表达载体以及含有该重组植物表达载体的宿主细胞。
[0021]本专利技术进一步构建了Ubi启动子驱动的proZmUbi::ZmKOB1
‑
GFP载体；通过农杆菌介导的方法转化玉米自交系C01；转基因株系表现出行粒数、穗长和穗粒重增加的表型，表明ZmKOB1在调控玉米行粒数、穗长和穗粒重等农艺性状方面发挥重要作用。
[0022]为了进一步阐明ZmKOB1基因调控雌穗发育的分子机制，本专利技术进一步利用CRISPR/Cas9转基因技术敲除玉米中ZmKOB1基因，通过基因型鉴定，获得了zmkob1突变体，该突变体植株表现为行粒数减少，穗长变短，穗粒重降低等表型；由此，本专利技术确定ZmKOB1基因具有调控玉米雌穗性状的功能。
[0023]本专利技术所述ZmKOB1基因的核苷酸序列为SEQ ID No.1所示，其编码的蛋白质的氨基酸序列为SEQ ID No.2所示。
[0024]本专利技术公开了含有所述ZmKOB1基因的重组表达载体以及含有所述重组表达载体的重组宿主细胞。
[0025]综上，本专利技术鉴定到玉米中一个调控玉米雌穗结实性状的关键基因 ZmKOB1，其中，所述的调控玉米雌穗结实性状包括增加玉米行粒数、穗长或穗粒重，应用于杂交种行粒数、穗长和穗粒重的遗传改良，进而提高杂交种的籽粒产量；因此，本专利技术应用ZmKOB1基因能够提高玉米雌穗高结实率，进一步培育玉米高产新品种。
[0026]由此，本专利技术提供了一种增加玉米行粒数、穗长或穗粒重的重量或促进玉米雌穗发育的方法：构建含有ZmKOB1基因的植物重组表达载体；将所述植物重组表达载体转化到玉米中，将ZmKOB1基因在玉米中进行过表达。
[0027]相应的，本专利技术还提供了一种减少玉米行粒数、穗长或穗粒重的重量或延缓或阻滞玉米雌穗发育的方法：构建ZmKOB1基因的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.从玉米中分离的ZmKOB1基因，其特征在于，其CDS的多核苷酸序列为(a)、(b)、(c)、(d)或(e)所示：(a)SEQ ID No.1所示的多核苷酸；或(b)编码SEQ ID No.2所示氨基酸的多核苷酸；或(c)与SEQ ID NO.1的多核苷酸的互补序列在严谨杂交条件能够进行杂交的多核苷酸；或(d)与SEQ ID No.1所示的多核苷酸至少有90％或以上同源性的多核苷酸；或(e)在SEQ ID NO.1所示的多核苷酸的基础上进行一个或多个碱基的缺失、取代或插入的多核苷酸变体，且该多核苷酸变体所编码的蛋白仍具有糖基转移酶的功能或活性。2.权利要求1所述的ZmKOB1基因编码的蛋白质，其特征在于，所述蛋白质的氨基酸序列为(a)或(b)所示:(a)SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；或(b)将SEQ ID No.2所示的氨基酸序列通过一个或多个氨基酸残基的替换、缺失或/和插入而衍生得到的仍具有糖基转移酶功能或活性的蛋白变体。3.含有权利要求所述ZmKOB1基因的表达载体。4.权利要求1所述的ZmKOB1基因在调控玉米雌穗结实性状或雌穗发育中的应用。5.按照权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的调控玉米雌穗结实性状包括增加玉米行粒数、穗长或穗粒重的重量；或者所述的调控玉米雌穗结实性状包括减少玉米行粒数、穗长或穗粒重的重量。6.按照权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的调控玉米雌穗发育是促进玉米雌穗发育；或者所述的调控玉米雌穗发育是延缓或阻滞玉米雌穗的发育。7.一种增加玉米行粒数、穗长或穗粒重的重量或促进玉米雌穗发育的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海洋，陈家欢，李耀耀，赵永平，赵斌斌，王宝宝，孔德鑫，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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