[發明專利]一種與水稻胚乳淀粉顆粒發育相關的蛋白FSE5及其編碼基因和應用

有效

• 申請號: 202010767148.3
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112194713B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 萬建民;趙志超;張龍;任玉龍;雷財林;趙磊;郭秀平;張欣
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院作物科學研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/82;C12N15/11;A01H5/10;A01H6/46
• 代理公司: 北京知本村知識產權代理事務所(普通合伙) 11039
• 代理人: 劉江良

本發明公開了一種水稻胚乳淀粉顆粒發育相關蛋白FSE5及其編碼基因和應用，屬于基因工程領域。本發明提供的水稻胚乳淀粉顆粒發育相關蛋白FSE5，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，其編碼基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；提供所述蛋白FSE5，或其編碼基因、表達盒、轉基因細胞系或重組菌在培育改善淀粉顆粒發育的水稻中的應用。將本發明蛋白FSE5的編碼基因導入淀粉淀粉顆粒發育異常的植物中，可以培育淀粉顆粒正常的轉基因植物。本發明對于進一步闡明禾本科植物胚乳淀粉顆粒發育的分子機理并通過基因工程的技術和手段對谷物品質的遺傳改良具有重要的理論意義和現實意義。

技術領域

本發明屬于基因工程領域，涉及一種與水稻胚乳淀粉顆粒發育相關的蛋白及其編碼基因和應用。

背景技術

水稻是我國三大重要的糧食作物之一，有超過一半的人口以稻米為主食。“綠色革命”的興起和雜交稻的大面積推廣，使水稻的產量有了大幅度的提高，基本滿足人們的糧食需求。隨著生活水平的提高，人們即要求能吃的飽，又要吃的好，對稻米品質提出了更高的要求。淀粉占稻米干重90%左右，以淀粉顆粒的形式于胚乳細胞中，其發育決定了稻米的產量、食味品質和最終的用途。到目前為止，淀粉合成的酶促反應過程研究的基本清楚，但是人們還是不能在體外合成淀粉。因此，深入研究水稻淀粉合成及淀粉顆粒的形成，將有助于我們通過基因工程的手段對稻米品質和產量進行改良。

水稻胚乳中含有的是復合型淀粉顆粒，即一個造粉體中含有多個亞顆粒。淀粉在造粉體中經過酶催化加工形成復合型淀粉顆粒，其直徑為10-20 μm。當前水稻淀粉主要用于人們的日常主食以及米酒和糕點的制作。淀粉顆粒的大小影響其用途，小的淀粉顆粒在溶解性，流動性，膨脹勢和糊化性方面都比大的淀粉顆粒有應用優勢，可以作為添加劑用于食品工業，化妝品和生物工程等領域。小淀粉顆粒的制備主要由機械破碎和從植物原料中直接提取兩種方法，如果能從水稻胚乳中直接獲取小的淀粉顆粒將大大增加水稻淀粉的工業用途。

水稻粉質胚乳突變體是一類因淀粉合成、積累異常而導致胚乳呈現粉質不透明表型的突變體，是研究胚乳發育及其調控網絡的理想遺傳材料。到目前為止，水稻中至少已經克隆了30個突變后造成胚乳粉質表型的基因。這些基因大部分是直接參與淀粉合成過程中的合成酶，另一些則通過其它途徑間接參與淀粉合成。PPR（Pentatricopeptide repeat）蛋白廣泛存在于植物中，亞細胞常定位于葉綠體或是線粒體中，參與RNA的轉錄、剪切、編輯和穩定性等轉錄后的調控過程。有研究表明，PPR對植物的種子和胚乳發育具有重要作用。FSE5屬于PPR蛋白家族的一個成員，但其在水稻中的功能還未被研究。

發明內容

本發明的目的是提供與水稻胚乳淀粉顆粒發育相關的蛋白及其編碼基因與應用。將本發明蛋白FSE5的編碼基因導入淀粉淀粉顆粒發育異常的植物中，可以培育淀粉顆粒正常的轉基因植物。本發明對于進一步闡明禾本科植物胚乳淀粉顆粒發育的分子機理并通過基因工程的技術和手段對谷物品質的遺傳改良具有重要的理論意義和現實意義。

本發明提供水稻淀粉顆粒發育相關的蛋白（FSE5），來自稻屬水稻（Oryza sativa

var. Kitaake)，是如下(a)或(b)的蛋白質：

（a）由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質；

（b）將序列1的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與谷蛋白分選相關的由序列1衍生的蛋白質。

序列表中的序列1由395個氨基酸殘基組成，自氨基末端第82至330位為PPR結構域。

上述（b）中的蛋白質可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進行生物表達得到。上述（b）中的FSE5的編碼基因可通過將序列表中序列2所示的DNA序列中缺失一個或幾個氨基酸殘基的密碼子，和/或進行一個或幾個堿基對的錯義突變，和/或在其5’端和/或3’端連上表1所示的標簽的編碼序列得到。