[发明专利]玉米籽粒大小基因ZmSWEET1b及应用

说明书

本发明涉及玉米籽粒大小基因ZmSWEET1b及应用，属于玉米遗传育种。糖转运蛋白ZmSWEET1b，其氨基酸序列如SEQ ID NO:3所述。实验结果表明，玉米ZmSWEET1b基因是影响玉米籽粒大小的基因，合理利用ZmSWEET1b基因可以提高玉米产量，进行高产稳产育种。

技术领域

本发明属于玉米遗传育种领域，具体涉及一个影响玉米叶片衰老和籽粒大小的基因 ZmSWEET1b及应用

背景技术

植物在生长发育过程中，如果一个器官产生的光合作用产物大于它消耗的光合作用产物，这样的器官被称为“源”；反之，如果一个器官消耗或储存的光合作用产物大于其产生的光合作用产物，这样的器官称为“库”；光合作用产物从“源”向“库”的运输称为“流”(Herbers K and Sonnewald U.Curr Opin Plant Biol,1998,1(3):207-216；Borchers-Zampini C,et al.Plant Physiol,1980,65(6):1116-1120)。玉米灌浆期的源和库分别为叶片和雌穗，在这一时期，雌穗 (“库”)的生长依赖于叶片(“源”)源源不断地向它提供光合作用产物。因此，灌浆期“源库关系”是影响玉米产量的关键因素(Borrás L,et al.FieldCrop Res,2004,86(2–3):131-146)。玉米灌浆期的“源库关系”，不仅涉及碳水化合物从“源”到“库”的转运，还涉及到“源”器官(叶片)的衰老。灌浆期光合作用器官(主要是叶片)如果衰老速率过快，会导致光合作用效率迅速降低、光合作用产物积累不足、产量降低(Yang L,et al.PLoS One,2016,11 (9):e0162201)。如果玉米在灌浆结束后仍然保持滞绿的表型，会导致营养元素大量滞留在叶片，而没有通过营养物质的再动员(remobilization)转运到籽粒中(Donnison IS,et al.New Phytol, 2007,173(3):481-494)。因此，合理调节灌浆和衰老二者的速率，对于实现玉米产量最大化具有重要意义。

细胞的大小和数量决定了籽粒的大小和重量，在发育的种子中，高效的糖运输机制对籽粒的大小和重量起着决定性的作用(Wang E,et al.Nature Genet,2008,40(11):1370-1374)。种子碳水化合物的多少直接决定种子的大小，并且这种籽粒产量的增加可以通过驯化来达到。玉米中已发现的糖转运蛋白是ZmSWEET4c，ZmSWEET4c在玉米授粉后10-17天的表达量升高，同时伴随着大量的糖运输进发育的种子中。ZmSWEET4c运输糖至基底胚乳转移层 (Basal Endosperm Transfer Layer,BETL)后可引起BETL的膜面积增加，进而增强ZmSWEET4c 的转运，其最终的结果就是糖运输进胚乳的能力增强，籽粒糖积累增加(SossoD,et al.Nature Genet,2015,47(12):1489-1493)。ZmSWEET4c的突变体籽粒明显小于正常植株的籽粒，该基因的缺失导致了BETL中己糖转运功能的丧失，进一步的影响了糖从韧皮部的转运。另一类糖转运蛋白是蔗糖转运蛋白(Sucrose transporter，SUT)，在SUT的作用下，韧皮部外质体的蔗糖进入筛管/伴胞复合体并被富集。然后，蔗糖在韧皮部中经过长途运输，最终到达“库”器官(Eom JS,et al.Curr Opin Plant Biol,2015,25:53-62；ChenLQ,et al.Annu rev biochem, 2015,84:865-894)。但是，除了SUT家族的蔗糖转运蛋白SUT1和SUT2(Slewinski TL,et al. J Exp Bot,2009,60(3):881-892；Leach KA,et al.JIntegr Plant Biol,2017,59(6):390-408)，以及 SWEET家族的ZmSWEET4c，目前还没有玉米的其他糖转运蛋白参与玉米光合产物的源库转运和籽粒大小形成的报道。

发明内容

本发明提供一种糖转运蛋白ZmSWEET1b，其参与玉米光合产物的源库转运和籽粒大小，影响玉米叶片衰老和籽粒大小，对玉米的高产育种有重要的指导意义。