[發明專利]玉米籽粒穗發芽相關突變基因ZmVp#5的功能標記及其應用

在審

• 申請號: 202110233757.5
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113186195A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李莉;蔡明浩;王建華;顧日良;杜雪梅
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;C12Q1/6895;C12N15/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種玉米籽粒穗發芽相關的ZmVp#5基因克隆鑒定及在玉米籽粒發育、玉米高產高質育種中的應用。該突變體是自然群體中偶然發現的，具有明顯的穗發芽性狀且能穩定遺傳,遺傳分析表明該突變性狀受隱性單基因控制。并證明ZmVp#5是一個新的Vp10基因等位突變體。

技術領域

本發明涉及一種玉米籽粒穗發芽相關基因ZmVp#5及其編碼蛋白序列，屬于作物分子育種、分子生物學和基因工程領域。具體涉及一個控制玉米籽粒產量和品質相關基因ZmVp#5的克隆及應用。

背景技術

玉米穗發芽作為種子收獲前田間母本果穗上發芽的現象，嚴重影響了玉米的產量和品質。目前，穗發芽突變體主要有兩種突變方式，一是阻礙ABA在植物體內的生物合成，二是改變植株對ABA的影響能力。本研究中將通過對籽粒穗發芽突變體基因定位，挖掘更多與玉米ABA的生物合成，顏色變化相關的基因，補充玉米中ABA合成途徑，為高品質玉米選育提供分子基礎(Wang et al.,2018)。

目前，通常運用突變體材料進行基因功能基因組學的研究，常用自然突變體和人為創造的突變體。其中利用EMS誘變的方法，創造了大量的突變體材料，其中就包括有穗發芽。在20世紀20年代就已有對穗發芽的報道(Eyster et al.,1924；Mangelsdorfet al.,1926)。目前，玉米中導致果穗早期穗發芽的基因主要通過兩種生物學模式進行：一是通過阻礙ABA在植物體內的生物合成，從而打破種子內部赤霉素GA和ABA的平衡，通過破除種子休眠而刺激種子萌發的機制，最終導致早期穗發芽；二是通過改變植株對ABA的響應能力，從而打破種子休眠，導致穗發芽。

玉米穗發芽突變體可分為兩種類型(Robertson et al.,1955)，一是不改變胚乳、幼苗的顏色，例如有：vp1/vp4、vp8、vp10/vp13、vp14、vp15等，另一種是改變籽粒顏色，例如有： vp2、vp5、vp7/ps1、vp9、y8、vp12等(Chen et al.,2017)。目前也已得知有關穗發芽突變體的部分功能，vp1和vp4是兩個等位變體，對ABA不敏感，糊粉層和胚中的花青素合成受阻 (McCarty et al.,1989)；Vp8基因編碼谷胱甘肽羧肽酶該酶影響糊粉層細胞的發育以及胚的發育(Suzuki et al.,2008)；Vp10基因的突變，導致醛氧化酶酶活性，同時鉬輔助因子(MoCo) 合成受阻從而無法正常合成ABA(Porch et al.,2006)(圖1)；vp14蛋白不能將環氧類胡蘿卜素的雙鍵裂解為黃質醛，導致ABA的生物合成受阻(Tan er al.,1997)；vp15突變體中，MoCo 合成受阻，導致ABA的生物合成受阻，導致胚在雌穗上提前萌發(Li et al.,1996)；vp5突變體中導致突變籽粒顏色發生變化(Hable et al.,1998)；Vp7基因編碼番茄紅素β-環化酶與ps1 是同一基因突變體阻礙ABA合成(Singh et al.,2003)。本發明公開了一個在田間發現的穗發芽突變體。通過BSR-Seq實驗數據與Seq-Walking技術相結合，確定了新的玉米穗發芽基因，并命名為ZmVp#5，測序結果分析后發現突變體中于10號染色體上，與已報道的Vp10互為等位基因。通過對該基因的研究可以進一步補充玉米中ABA合成途徑，為高品質玉米選育提供分子基礎。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種新的調控玉米籽粒穗發芽基因ZmVp#5的DNA序列、cDAN序列和該基因所編碼的功能蛋白的氨基酸序列，所述基因編碼蛋白是一種植物組織內普遍存在并且十分重要的MoCo蛋白。該功能的缺失導致玉米ABA合成受阻，從而導致玉米籽粒出現穗發芽現象。

本發明的第一個發明目的是：提供一種調控玉米籽粒發育的新基因ZmVp#5，其特征在于，是選自如下1)或2)或3)或4)或5)的DNA分子：

1)SEQ ID NO.1所示的DNA分子(克隆自玉米自交系B73的基因組DNA)：該DNA 的分子由4226個核苷酸組成，轉錄起始于73bp，終止于3989bp，具有典型的PolyA尾巴，為完整的基因。ZmVp#5基因包含13個外顯子，12個內含子 (圖4B)。