[发明专利]种子相关蛋白在调控植物种子大小中的应用

说明书

本发明公开了种子相关蛋白在调控植物种子大小中的应用。本发明公开的种子相关蛋白为如下A1)、A2)或A3)：A1)氨基酸序列是序列3的蛋白质；A2)将序列表中序列3所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。该蛋白质具有如下功能：调控植物种子产量；制备调控植物种子产量产品；调控植物种子大小；制备调控植物种子大小产品；调控植物种子长度、宽度和厚度；制备调控植物种子长度、宽度和厚度产品；培育种子产量增加植物；培育种子大小增加植物；培育种子长度增加、宽度增加和/或厚度增加植物；植物育种。

技术领域

本发明涉及生物技术领域中，种子相关蛋白在调控植物种子大小中的应用。

背景技术

水稻作为中国乃至全亚洲范围内的重要粮食作物，其产量的提升一直是育种学家及科学工作者不断追求的目标。影响产量的因素主要包括每亩穗数，每穗灌浆籽粒数和粒重。粒重主要受籽粒大小所影响。决定籽粒大小的因素有四种：籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度以及灌浆程度。因而水稻籽粒大小直接关系着水稻的产量。也正因为如此，水稻粒型研究在近些年来备受关注，也取得了非常多的进展。

在粒长方面，GS3是控制水稻粒重和粒长的主效QTL，Fan等以明恢63(大粒)为轮回亲本与川7(小粒)进行连续杂交和回交，构建了GS3的近等基因系，对BC3F2后代的随机个体进行分析，发现GS3可以解释该群体80-90％的粒重和粒长的变异。随后的工作发现，GS3编码一个由四个结构域组成的蛋白，其中包含一个植物特有的调节器官大小的结构域(organsize regulation,OSR)，这个结构域的缺失会导致籽粒出现变大的表型，因而GS3表现为籽粒长度的负向调控因子。同时也将GS3蛋白的功能与水稻籽粒大小的变异联系了起来。Tanabe等获得了一个具有小圆粒种子的突变体，并命名为srs3。srs3表现为株高正常，但种子变小。Kitagawa等通过图位克隆的方法获得了导致这个表型的原因基因，并且发现该基因所编码的蛋白属于驱动蛋白13家族。通过扫描电镜的方法，他们发现小圆粒种子的表型是由于突变体种子细胞纵向长度变小所引起的。PGL1是水稻籽粒长度正向调节子，这个基因可以编码一个非典型的碱性螺旋-环-螺旋蛋白(bHLH)，但PGL1所编码的蛋白不能结合DNA，它通过与它的拮抗性互作因子APG形成异源二聚体从而与DNA发生结合作用，进而引起水稻内颖细胞长度的增加。APG和PGL1不影响GS3和SRS3的表达，因而PGL1-APG可能代表着一个新的籽粒长度和重量调控机制。OsPPKL1编码一个隶属于蛋白磷酸酶PPKL家族的丝氨酸/苏氨酸磷酸酶，这个蛋白可以使调控细胞周期的T1；3蛋白去磷酸化，而后者在水稻中表达下调会导致籽粒变短。OsPPKL1中第二个Kelch功能域上保守的AVLDT区域的D364E稀有等位变异qgl3可以导致长粒表型。在粒宽方面，GW2编码一个环形的E3泛素连接酶，功能缺失后将不能将泛素转移到靶蛋白上，因而本该被降解的底物不能被特异识别，进而激活了水稻颖壳的细胞分裂，从而增加其宽度，同时灌浆速率提高，胚乳也随之增大，最终导致水稻颖壳的宽度以及水稻籽粒粒重都得到了增加。另外，GW5作为一个粒宽和粒重的主效控制基因可能和GW2一样，通过泛素蛋白酶体途径调节粒宽和粒重。GS5也是一个控制水稻粒宽的QTL，GS5编码一个假定的丝氨酸羧肽酶。GS5可以上调细胞周期基因的表达，促进细胞分裂从而增加细胞数目以及促进横向生长，因而它在调控籽粒大小中发挥正向作用。和其他基因不同的是，GS5发挥功能有可能是依赖于其启动子发生的变异，启动子的不同突变形式决定了基因表达的水平从而影响表型。在粒厚方面，BSG1突变后造成水稻籽粒出现三角颖表型，严重降低了粒厚以及粒宽。除了以上这些通过引起细胞大小，细胞数目变化导致籽粒变化的基因以外，Zhang等鉴定了一个水稻核苷酸转运蛋白OsNST1。这个蛋白位于高尔基体，在酵母中具有尿苷二磷酸-葡萄糖的转运活性，编码这个蛋白的基因突变之后会导致细胞壁纤维素含量降低，结构发生改变，导致机械强度降低和植物发育异常，表现为植株矮小、育性下降、种子变小。

水稻籽粒大小直接影响水稻产量，对水稻籽粒大小的研究虽然很多，但是同时显著影响水稻籽粒长度，宽度以及厚度的负向调控因子目前未见报道。