[发明专利]一种控制玉米籽粒发育基因ZmRH4的克隆、功能研究及标记挖掘

说明书

本发明描述了一个在玉米中编码DExD/H‑box RNA解旋酶蛋白的基因、及其编码蛋白质氨基酸序列，所述核苷酸序列和其编码的蛋白质具有调控玉米籽粒发育、胚乳结构和成分的功能；并开发了该基因的功能标记，可用于玉米品质改良，具有重大的应用和经济价值。

技术领域

本发明涉及一种玉米籽粒发育调控基因ZmRH4及其编码蛋白序列，该基因编码DExD/H-box RNA解旋酶蛋白。此基因编码框提前终止导致种子发育 (低于正常粒重)和植株建立(叶片白化，矮小，苗期致死)方面均存在缺陷。属于作物分子育种、分子生物学和基因工程领域。具体涉及一个控制玉米籽粒大小和品质相关基因ZmRH4的克隆及应用。

背景技术

玉米籽粒突变体包括各类籽粒有突变表型的突变体，包括穗发芽、小粒、空果皮、皱缩突变体等。从生物学组成来看，玉米籽粒主要由胚和胚乳组成，其中胚乳约占玉米籽粒总重量的70％(Berger,1999)，对玉米籽粒大小和百粒重起着关键作用。胚乳的细胞分裂直接影响种子的大小和重量。玉米籽粒是否能够正常发育直接影响着玉米的籽粒大小及产量高低，籽粒发育对玉米籽粒发育进程的研究与遗传育种具有重要的意义。随着生物技术的迅速发展，人们利用转座子技术、图位克隆、高通量测序等方法不断突破，克隆出了一些影响籽粒发育的关键基因。到目前为止，已有不少基因被克隆，这些基因分别涉及信号转导、糖代谢、RNA编辑等多条通路。

RNA将DNA与蛋白质联系起来，是生物体完成各种生理活动的基础。 RNA代谢过程，包括RNA的剪接、转录、转运、翻译、降解等，都需要RNA 解旋酶(RNAhelicase)的参与(Byrd,2012)DExD/H-box家族参与植物形态发生，胁迫反应，种子发育等各种生理过程。玉米籽粒的发育涉及非常复杂的基因调控网络。近年来，已经报道了一些与玉米籽粒结构，胚发育，胚乳发育，胚乳淀粉合成和贮藏蛋白合成有关的基因。但是，对于基因表达网络信息和籽粒发育过程中影响籽粒发育的重要基因的认知仍然有限。经前期 GWAS研究，定位到一个编码DExD/H-boxRNA解旋酶蛋白的基因ZmRH4，此基因编码框提前终止导致种子发育(低于正常粒重)和植株建立(叶片白化、矮小、苗期致死)方面均存在缺陷。该基因直接或间接影响叶绿体核糖体基因表达。以上初步研究为进一步探索DExD/H-boxRNA解旋酶基因在调控玉米籽粒发育过程中的功能奠定基础，也为玉米产量及粒型改良提供参考。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新的调控玉米籽粒发育基因ZmRH4的 DNA序列、cDAN序列和该基因所编码的功能蛋白的氨基酸序列，所述基因编码DExD/H-boxRNA解旋酶蛋白，该在叶绿体中特异性表达，该功能的缺失导致玉米胚和胚乳发育受阻，导致胚胎败育，籽粒变小。

本发明的第一个发明目的是：提供一种调控玉米籽粒发育的新基因 ZmRH4，其特征在于，是选自如下1)或2)或3)或4)或5)的DNA分子：

1)SEQIDNO.1所示的DNA分子(克隆自玉米自交系B73的基因组DNA)：该DNA的分子由17748个核苷酸组成，包含23个外显子，22个内含子。

2)SEQIDNO.2所示的DNA分子(克隆自玉米自交系B73的cDNA)

3)在SEQIDNO.1基础之上经过一至数个碱基替换和/或一至数个碱基的插入和/或缺失以及大片段的核苷酸序列插入/缺失/移位/倒位所形成的能影响种子籽粒发育的DNA分子；

4)在0.1×SSPE(或0.1×SSC)、0.1％(w/v)SDS的溶液中，65℃条件下杂交并洗膜，能够与SEQIDNO.2的DNA分子杂交且编码植物籽粒发育相关蛋白的DNA分子；

5)与SEQIDNO.2的DNA分子具有85％以上的同源性且编码植物籽粒发育相关蛋白的DNA分子；

本发明的第二个发明目的是：提供上述基因所编码的调控种子发育的相关蛋白质。