[发明专利]一种与水稻胚乳淀粉颗粒发育相关的蛋白FSE5及其编码基因和应用

说明书

本发明公开了一种水稻胚乳淀粉颗粒发育相关蛋白FSE5及其编码基因和应用，属于基因工程领域。本发明提供的水稻胚乳淀粉颗粒发育相关蛋白FSE5，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，其编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；提供所述蛋白FSE5，或其编码基因、表达盒、转基因细胞系或重组菌在培育改善淀粉颗粒发育的水稻中的应用。将本发明蛋白FSE5的编码基因导入淀粉淀粉颗粒发育异常的植物中，可以培育淀粉颗粒正常的转基因植物。本发明对于进一步阐明禾本科植物胚乳淀粉颗粒发育的分子机理并通过基因工程的技术和手段对谷物品质的遗传改良具有重要的理论意义和现实意义。

技术领域

本发明属于基因工程领域，涉及一种与水稻胚乳淀粉颗粒发育相关的蛋白及其编码基因和应用。

背景技术

水稻是我国三大重要的粮食作物之一，有超过一半的人口以稻米为主食。“绿色革命”的兴起和杂交稻的大面积推广，使水稻的产量有了大幅度的提高，基本满足人们的粮食需求。随着生活水平的提高，人们即要求能吃的饱，又要吃的好，对稻米品质提出了更高的要求。淀粉占稻米干重90%左右，以淀粉颗粒的形式于胚乳细胞中，其发育决定了稻米的产量、食味品质和最终的用途。到目前为止，淀粉合成的酶促反应过程研究的基本清楚，但是人们还是不能在体外合成淀粉。因此，深入研究水稻淀粉合成及淀粉颗粒的形成，将有助于我们通过基因工程的手段对稻米品质和产量进行改良。

水稻胚乳中含有的是复合型淀粉颗粒，即一个造粉体中含有多个亚颗粒。淀粉在造粉体中经过酶催化加工形成复合型淀粉颗粒，其直径为10-20 μm。当前水稻淀粉主要用于人们的日常主食以及米酒和糕点的制作。淀粉颗粒的大小影响其用途，小的淀粉颗粒在溶解性，流动性，膨胀势和糊化性方面都比大的淀粉颗粒有应用优势，可以作为添加剂用于食品工业，化妆品和生物工程等领域。小淀粉颗粒的制备主要由机械破碎和从植物原料中直接提取两种方法，如果能从水稻胚乳中直接获取小的淀粉颗粒将大大增加水稻淀粉的工业用途。

水稻粉质胚乳突变体是一类因淀粉合成、积累异常而导致胚乳呈现粉质不透明表型的突变体，是研究胚乳发育及其调控网络的理想遗传材料。到目前为止，水稻中至少已经克隆了30个突变后造成胚乳粉质表型的基因。这些基因大部分是直接参与淀粉合成过程中的合成酶，另一些则通过其它途径间接参与淀粉合成。PPR（Pentatricopeptide repeat）蛋白广泛存在于植物中，亚细胞常定位于叶绿体或是线粒体中，参与RNA的转录、剪切、编辑和稳定性等转录后的调控过程。有研究表明，PPR对植物的种子和胚乳发育具有重要作用。FSE5属于PPR蛋白家族的一个成员，但其在水稻中的功能还未被研究。

发明内容

本发明的目的是提供与水稻胚乳淀粉颗粒发育相关的蛋白及其编码基因与应用。将本发明蛋白FSE5的编码基因导入淀粉淀粉颗粒发育异常的植物中，可以培育淀粉颗粒正常的转基因植物。本发明对于进一步阐明禾本科植物胚乳淀粉颗粒发育的分子机理并通过基因工程的技术和手段对谷物品质的遗传改良具有重要的理论意义和现实意义。

本发明提供水稻淀粉颗粒发育相关的蛋白（FSE5），来自稻属水稻（Oryza sativa

var. Kitaake)，是如下(a)或(b)的蛋白质：

（a）由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

（b）将序列1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/或添加且与谷蛋白分选相关的由序列1衍生的蛋白质。

序列表中的序列1由395个氨基酸残基组成，自氨基末端第82至330位为PPR结构域。

上述（b）中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。上述（b）中的FSE5的编码基因可通过将序列表中序列2所示的DNA序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5’端和/或3’端连上表1所示的标签的编码序列得到。