[发明专利]一种调控植物体内生长素平衡的EHD1蛋白及其应用

说明书

本发明公开了一种调控植物体内生长素平衡的EHD1蛋白及其应用。本发明从玉米中克隆了ZmEHD1基因，并构建得到籽粒发育和营养生长受损的转ZmEHD1mut玉米。通过实验研究表明：和野生型玉米植株相比，转ZmEHD1mut玉米的生长素含量降低，且外源施加有活性的NAA能够提高转ZmEHD1mut玉米的种子发芽率。ZmEHD1通过与ZmAP2σ亚基互作影响CME过程，且ZmEHD1介导的CME过程通过调节生长素的平衡而对玉米籽粒发育和营养生长起着至关重要的作用。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种调控植物体内生长素平衡的EHD1蛋白及其应用。

背景技术

内吞作用指质膜蛋白的内在转化或者吸收胞外物质转运到胞内的过程，分为依靠网络蛋白介导的内吞作用(CME，clathrin-mediated endocytosis)和不依靠网络蛋白介导的内吞作用(Murphy et al.,2005)。在植物中，网络蛋白介导的内吞作用是外界物质进入植物细胞的主要途径(Fan et al.,2015)。与动物内吞作用的深入研究相比，最近几年才证明网络蛋白介导的内吞作用对植物发育的各个阶段非常关键，包括决定细胞的极性(Vanet al.,2011；Wang et al.,2013)，雄性生殖器官的发育(Blackbourn and Jackson,1996；Kim et al.,2013)，配子的发育(Backues et al.,2010)和胚胎的形成(Fan et al.,2013；Kitakura et al.,2011)。与此同时，网络蛋白介导的内吞作用在非生物和生物胁迫的植物响应方面也起着重要作用，这些胁迫是通过膜上的转运体或者受体转化成胁迫信号，例如硼转运子(Takano et al.,2010)，铁介导的转运子(Barberon et al.,2011)，生长素输出载体(Dhonukshe et al.,2007)，油菜素内酯受体(Di et al.,2013)，细菌型鞭毛蛋白受体(Robatzek et al.,2006)和乙烯诱导木聚糖酶受体(Bar and Avni,2009)。

CME是一个复杂的过程，至少可以分为4个步骤：1，形成一个囊泡；2，将物质包裹在囊泡中；3，从质膜上释放成熟的囊泡；4，与内体融合(Sigismund et al.,2012)。因为膜蛋白不能直接结合到质膜或者物质上，所以含有网络蛋白内吞作用的囊泡的形成必须激活衔接蛋白复合体2(AP2)和质膜的联系，因此AP2在网格蛋白介导的内吞作用方面起着重要作用。AP2复合体形成异源四聚体的复合物，包括两个大亚基(β1-5和γ/α/δ/ε/ζ)，一个中等亚基(σ1-5)和一个小亚基(σ1-5)(McMahon and Boucrot,2011)。除了典型的AP2复合体之外，其他的辅助蛋白也能把外界物质与质膜联系起来，形成含有网格蛋白内吞作用的囊泡，例如C端Eps15同源结构域。

玉米在主要的粮食作物中，总产量处于首位，并且也是生物能源和其他工业材料重要的原材料(Mclaren,2005)。作为生物学研究重要的模式系统，玉米在对植物发育和进化的认识中有着突出的贡献，并且这些研究已经被用于阐释玉米籽粒形态建成的发育机理。缺陷型籽粒(dek)突变体是最早在玉米中进行遗传研究的材料之一。尽管几百个缺陷型籽粒突变体基因已被分离，但是由于致死等位基因研究的难度，只有几个相关的基因被分子克隆(Scanlon and Takacs,2009)。

拟南芥ARF2通过抑制细胞分裂控制种子大小(Schruff et al.,2006)，而水稻BIGGRAIN1(BG1)的活化通过调节生长素运输显著提高籽粒大小(Liu et al.,2015)，同时，IAA-葡萄糖水解酶负调控水稻的胚乳发育(Ishimaru et al.,2013)。前人通过分析种子特异且可生长的玉米胚乳缺陷型突变体de18，阐明了玉米IAA合成关键基因ZmYUC1对于玉米正常的胚乳发育是必须的(Bernardi et al.,2012)。因而，生长素的合成、转运和信号可能协作调控玉米的营养发育和生殖发育(Gallavotti et al.,2008；Li and Li,2016)。

发明内容