[发明专利]玉米籽粒大小基因ZmUrb2、其表达产物、其克隆引物、其表达载体及应用

说明书

本发明公开了一种玉米籽粒大小基因ZmUrb2、其表达产物、其克隆引物、其表达载体及应用，通过多种手段解析一份玉米籽粒大小自然突变体材料的调控机制，克隆了调控玉米籽粒大小和生育期的基因ZmUrb2，验证了其功能并发掘了其有利单倍型，为玉米育种的应用实践打下基础。ZmUrb2突变可以导致突变体材料对特定抗生素的敏感性降低，会导致pre‑rRNA加工滞后，使生长发育有明显缺陷，利用涵盖热带、亚热带和温带的479份玉米自然群体材料筛选出ZmUrb2区段的具有较高的基因表达量、较长的粒长和较短的生育期的最优单倍型，可用于改良玉米籽粒粒型和生育期，对提高玉米产量和改良热带玉米材料到温带种植提供帮助。

技术领域

本发明属于玉米遗传育种技术领域，具体涉及一种玉米籽粒大小基因ZmUrb2、其表达产物、其克隆引物、其表达载体及应用。

背景技术

粮食高产和稳产是植物科学研究的重要目标。玉米不仅是主要的粮食来源，而且也是重要的饲料和工业原材料，对于国民经济发展具有十分重要的作用。随着人口增加和耕地减少，玉米的地位将会越来越重要。

穗粒数、粒重和单位面积穗数是玉米产量构成的基本要素，穗粒数由穗行数和行粒数决定，粒重由籽粒大小和容重决定。“粒型”不仅包括籽粒大小（长、宽、厚），还涉及籽粒形状，粒型相关性状直接决定了籽粒的库容大小，是形成粒重的直接决定因子（Austin et al.， 1996；Peng et al.， 2011；Li et al.， 2013.）。玉米籽粒发育是一个连续而又复杂的生物学过程，是由许多不同的基因紧密协作调控的。玉米籽粒大小是一个复杂的数量性状，是影响玉米产量的关键因素之一，也正是受到籽粒发育过程中不同的基因调控的。

大量研究表明作物的籽粒大小受到籽粒自身建成和后期发育的直接影响，籽粒的发育决定着籽粒最终的大小（Conlon，Raft，1999；Day，Lawrence，2000.），同时作物籽粒大小是经过人类长期驯化选择的结果。虽然籽粒大小是一个非常直观的产量性状，长期以来受到众多研究者的重视，但对于形成最终籽粒大小的遗传机制和分子调控机理的研究进展还比较有限。

水稻中关于粒型和籽粒大小的研究较为充分，中国科学院上海生命科学研究院克隆出的控制粒重的GW2位点基因，该基因控制细胞数目和颖壳大小，从而影响胚乳细胞数目和大小、籽粒灌浆速度，最终影响籽粒长宽和粒重，这个位点编码的一种未知的泛素E3环型连接酶可能与泛素-蛋白体的降解途径密切相关（Song等，2007.）。Motoyuki（2005）构建了一套Habataki（籼稻）×Koshihikan（粳稻）的RIL群体并利用这套群体定位到了调控水稻穗粒数的QTL位点Gnl，通过进一步的研究证明了改位点由Gnla和Gnlb共同组成。其中Gnla位点可以通过编码一种细胞分裂素氧化酶/脱氢酶来降解细胞分裂素氢受体，从而可以使花器分生组织细胞分裂素得到逐渐积累，进而使生殖器官的细胞数也逐渐变多，最终导致粒重增加。在前几年克隆的水稻籽粒大小的相关基因，如控制水稻粒长得主效QTL GS3（Fanet al.，2006，2009；Li et al.，2004.）、粒宽的QTL GW2（Song et al.，2007.）、GW5（qSW5）（Shomura et al.，2008；Wan et al.，2008；Weng et al.，2008.）等，都有着各自不同的调控作用机制。