[發(fā)明專利]與玉米籽粒發(fā)育相關(guān)的bZIP轉(zhuǎn)錄因子、其編碼基因及其基因表達(dá)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710041193.5
• 申請(qǐng)日: 2007-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101096674A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋任濤;朱佳;馮玲娜;王剛;許政暟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N15/29
• 分類號(hào): C12N15/29;C07K14/415
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及與玉米籽粒發(fā)育相關(guān)的13個(gè)新的bZIP轉(zhuǎn)錄因子及其編碼基因，并提供了這些轉(zhuǎn)錄因子基因在籽粒發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)特征。

技術(shù)背景

玉米(Zea?mays?L.)，又稱苞米，是世界上第三大糧食作物，播種面積僅次于水稻和小麥。從2000年起，玉米的總產(chǎn)量和單產(chǎn)量均居第一位。玉米不僅是高產(chǎn)的糧食作物，也是營(yíng)養(yǎng)豐富的飼料作物和良好的工業(yè)原料作物。玉米籽粒是玉米最主要的生產(chǎn)性狀。除了能為人們提供糧食來(lái)源外，實(shí)際上也是重要的繁殖器官，是禾本科種子發(fā)育研究的重要模型。玉米籽粒的發(fā)育是從受精開(kāi)始的，通過(guò)雙受精過(guò)程，從花粉管尖端釋放出的一個(gè)精子與卵細(xì)胞融合，形成二倍體的合子，發(fā)育成胚；另一個(gè)精子與兩個(gè)極核融合后發(fā)育成三倍體的胚乳。在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，籽粒經(jīng)過(guò)早期胚胎發(fā)生、成熟以及休眠，然后在適當(dāng)?shù)臏囟群退輻l件下，開(kāi)始萌發(fā)。

從分子生物學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，籽粒的發(fā)育和萌發(fā)是一個(gè)有次序的、選擇性的基因表達(dá)過(guò)程，而轉(zhuǎn)錄因子在這一過(guò)程中起到了關(guān)鍵性的作用。轉(zhuǎn)錄因子(transcription?factor)也稱為反式作用因子(trans-acting?factor)，是一類能夠與真核基因啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件(cis-acting?factor)特異性結(jié)合的DNA結(jié)合蛋白。通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件之間以及它們和其他相關(guān)蛋白之間的相互作用，轉(zhuǎn)錄因子能夠激活或抑制下游基因的轉(zhuǎn)錄。根據(jù)轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合域的保守性，典型的植物轉(zhuǎn)錄因子常包括bZIP結(jié)構(gòu)域、鋅指(Zinc-Finger)結(jié)構(gòu)域、MADS結(jié)構(gòu)域、MYC結(jié)構(gòu)域、MYB結(jié)構(gòu)域、Homeo結(jié)構(gòu)域、bHLH(堿性螺旋-環(huán)-螺旋)結(jié)構(gòu)域及AP2/EREBP結(jié)構(gòu)域等。

堿性亮氨酸拉鏈(basic?leucine?zipper，bZIP)蛋白是真核生物的轉(zhuǎn)錄因子中最大且最保守的一類轉(zhuǎn)錄因子，該類轉(zhuǎn)錄因子的共同特點(diǎn)是：(1)含有與特異DNA序列相結(jié)合的堿性結(jié)構(gòu)域；(2)參與寡聚化作用的亮氨酸拉鏈區(qū)與堿性區(qū)緊密相連；(3)轉(zhuǎn)錄因子的N-末端含有酸性激活區(qū)；(4)以二聚體的形式結(jié)合DNA，肽鏈N-末端的堿性區(qū)與DNA直接結(jié)合。在高等植物中，bZIP蛋白與種子貯藏基因表達(dá)、光形態(tài)發(fā)生及器官建成的控制相關(guān)。

在玉米籽粒中，關(guān)于bZIP類轉(zhuǎn)錄因子的研究相對(duì)較少。作為玉米籽粒中研究的最透徹的一種編碼bZIP轉(zhuǎn)錄因子的基因，Opaque2(O2)基因不僅調(diào)控玉米重要的貯藏蛋白，如α-醇溶蛋白的特異性表達(dá)，同時(shí)還調(diào)節(jié)玉米b-32，cyPPDK1基因的表達(dá)。此外，玉米中其它的bZIP轉(zhuǎn)錄因子也有少量研究，如OBF3.1和OBF3.2與小麥的HBP-1b同源，在種子萌發(fā)的初期表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞周期相關(guān)的組氨酸基因(Rhonda等，1993；Tetsuya等，1991)；與小麥EmBP-1同源的mEmBP-1雖然在胚乳中表達(dá)量很低，但仍能識(shí)別22kDaα-醇溶蛋白啟動(dòng)子區(qū)域的O2-box(Leslie等，2004)；在種子脫水過(guò)程中，ABI能調(diào)節(jié)ABA應(yīng)答基因的表達(dá)(Niu等，2002)。這些研究都表明，bZIP轉(zhuǎn)錄因子對(duì)高等植物基因表達(dá)與調(diào)控十分重要。

然而，在玉米中，特別是玉米籽粒中，仍有大量的bZIP轉(zhuǎn)錄因子還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)和深入研究。新的轉(zhuǎn)錄因子的發(fā)現(xiàn)和研究，將對(duì)基因工程改造玉米籽粒性狀提供重要幫助。隨著模式植物擬南芥和水稻基因組的測(cè)序完成，人們對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的研究已經(jīng)從單個(gè)基因?qū)用孓D(zhuǎn)移到了基因組層面。Riechmann(2000)的研究表明在擬南芥基因組中約有6％的基因是編碼轉(zhuǎn)錄因子的，Duan(2005)的研究也顯示在水稻種子中特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子有135個(gè)。為解析玉米籽粒發(fā)育過(guò)程中的基因表達(dá)調(diào)控，以及這些轉(zhuǎn)錄因子的基因工程應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供與玉米籽粒發(fā)育相關(guān)的13個(gè)新的bZIP類轉(zhuǎn)錄因子，命名為MSBZIP(Maize?Seed?bZIP)1-13。

本發(fā)明的目的之二在于提供該轉(zhuǎn)錄因子的編碼基因。

本發(fā)明的目的之三在于提供該轉(zhuǎn)錄因子在玉米籽粒發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明借助基因組學(xué)研究思路，采用了玉米籽粒全發(fā)育階段的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，系統(tǒng)發(fā)掘了在籽粒發(fā)育過(guò)程中特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，總共提供了13個(gè)新的bZIP轉(zhuǎn)錄因子基因，并對(duì)它們的表達(dá)特征進(jìn)行了分析。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：