[發明專利]水稻組蛋白甲基轉移酶及其編碼基因與應用

在審

• 申請號: 201610173430.2
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105754964A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 沈文輝;劉坤朋;董愛武;俞瑜
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C12N9/10
• 分類號: C12N9/10;C12N15/54;C12N5/10;C12N15/11;C12N15/82;A01H5/00;C12R1/91
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于生物基因工程技術領域，具體涉及一種與水稻表觀遺傳學調控相關的組蛋白甲基轉移酶及其編碼基因與應用。

背景技術

與可以活動的動物不同，營固著生長的植物其生長發育和環境應答等過程都與基因的轉錄表達調控密切相關。基因的轉錄表達調控除了受轉錄因子等遺傳因素影響外還受到遺傳輔因子等表觀遺傳因子的調控。近幾年，表觀遺傳學（epigenetics）已然成為生命科學研究的熱點領域。在基因組中除了DNA序列，還有許多調控基因的信息，它們本身不改變基因的序列，但是可以通過基因修飾，從而影響和調節基因的功能和特性，并且通過細胞分裂和增殖遺傳下去。組蛋白，作為染色質基本單位--核小體的核心組成部分，其特定位點的賴氨酸甲基化修飾是重要的表觀遺傳學修飾之一。一般認為，組蛋白H3N末端第9、27位賴氨酸（H3K9和H3K27）、組蛋白H4N末端第20位賴氨酸（H4K20）與轉錄抑制相關，組蛋白H3N末端第4和36位賴氨酸（H3K4和H3K36）與轉錄激活相關。

與基因轉錄激活相關的組蛋白H3N末端4位賴氨酸（H3K4）的甲基化，通常被認為具有重要的生物學功能。然而其對植物生長發育的調控作用的研究近兩年才剛剛開始。與真菌和動物中僅存在一個或幾個組蛋白H3K4甲基轉移酶(histonelysinemethyltransferase，HMTase)不同，植物中一般存在多個H3K4甲基轉移酶。根據chromDB(http://www.chromdb.org/)的注釋，在擬南芥基因組中有12個基因編碼的蛋白質與真菌和動物中的H3K4甲基轉移酶同源。已有研究表明，組蛋白H3K4甲基化修飾在植物生長發育過程中起著至關重要的作用。其中，SDG2是主效的H3K4甲基轉移酶，sdg2突變體表現出植株矮小、純合不育、雌雄配子體發育異常等多效性的表型（Berr,A,McCallum,E.J,Menard,R,Meyer,D,Fuchs,J,Dong,A.andShen,W-H.ArabidopsisSETDOMAINGROUP2isrequiredforH3K4trimethylationandiscrucialforbothsporophyteandgametophytedevelopment.PlantCell,22,3232-3248.）。sdg2突變體除了表現出育性相關表型，還具有多種表型，包括晝夜節律紊亂，激素應答缺陷等。進一步研究表明，SDG2還通過參與擬南芥主根干細胞的維持和側根干細胞的形成，從而調控擬南芥根的生長發育（Yao,X.,Feng,H.,Yu,Y.,Dong,A.,andShen,W.-H..SDG2-MediatedH3K4MethylationIsRequiredforProperArabidopsisRootGrowthandDevelopment.PLoSOne,8,e56537.）。

擬南芥SDG2對生長發育的影響讓我們思索水稻中它們的同源物是否具有同樣重要的功能。與雙子葉植物擬南芥不同，水稻是單子葉植物的一個典型代表。雙子葉和單子葉植物,雖然可能基因間具有比較高的保守性,但它們的生長發育的調控機制可能存在很大差異。由于水稻生命周期長等原因,相關研究相對于擬南芥來說還相當滯后，水稻中組蛋白H3K4甲基化修飾的研究目前還很少。而研究水稻的價值，不僅在于它巨大的經濟價值，還在于它是研究同為單子葉禾本科植物玉米、小麥、高粱等其他作物的理想模型。可以為我國的水稻分子育種提供理論基礎和種質資源。

發明內容

本發明的目的是提供一個來源于水稻的組蛋白甲基轉移酶及其編碼基因與應用。

本發明所提供的組蛋白甲基轉移酶，名稱為SDG701，來源于水稻（Oryzasativassp.japonica），是下述氨基酸殘基序列之一：

（1）序列表中的SEQIDNo:1；

（2）將序列表中的SEQIDNo:1的氨基酸殘基序列經過一至五十個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且對植物的生長發育具有調控作用的蛋白質。

序列表中的SEQIDNo:1由2216個氨基酸殘基組成。

編碼本發明組蛋白甲基轉移酶的基因（SDG701），是下述核苷酸序列之一：

（1）序列表中的SEQIDNo:2的核苷酸序列；

（2）編碼序列表中的SEQIDNo:1蛋白質序列的DNA；

（3）與序列表中的SEQIDNo:2限定的核苷酸序列具有90％以上同源性且編碼相同功能蛋白質的核苷酸序列；