[發明專利]Zm00001d042263基因在調控玉米氣孔發育中的應用

有效

• 申請號: 202111353930.1
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114058629B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 郭思義;喬鑫;宋純鵬;周玉森;李瑩;孟博倫
• 申請（專利權）人: 河南大學三亞研究院;河南大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 崔瑞迎

本發明涉及玉米基因工程技術領域，具體涉及Zm00001d042263基因在調控玉米氣孔發育中的應用。所述的調控是指使玉米氣孔密度和導度降低。所述應用包括：1)抑制玉米Zm00001d042263基因的活性；2)降低玉米表達Zm00001d042263基因編碼的蛋白。通過抑制所述Zm00001d042263基因活性來可以制備耐旱、耐病玉米轉基因玉米，對于探索玉米氣孔的發育機制、改良玉米的抗病抗逆性、提高玉米水分利用效率等方面具有重要的理論意義和實際應用價值。

技術領域

本發明涉及玉米基因工程技術領域，具體涉及Zm00001d042263基因在調控玉米氣孔發育中的應用。

背景技術

氣孔是植物與外界環境進行氣體交換的重要孔徑，由兩個保衛細胞和臨近兩個副衛細胞控制張開或關閉的過程決定了氣孔動力學的能力。氣孔運動導致植物與外界環境能夠進行水分和CO₂的交換，由此氣孔復合體的正確形成對植物生長發育至關重要。

玉米屬于禾本科單子葉植物，與以擬南芥為主的雙子葉植物的氣孔復合體相比較具有較大的不同，擬南芥氣孔復合體由一對腎形的保衛細胞組成，而玉米氣孔復合體由一對啞鈴形的保衛細胞和其臨近兩側倒三角狀的副衛細胞組成。而這種結構上的不同也導致單雙子葉植物在氣孔發育過程和氣孔動力學能力上存在較大的差異，因此對氣孔復合體發育相關基因的研究具有十分重要的意義。

氣孔復合體發育過程中受到多種外部因素和內在因子的影響。外部因素主要包括光照、溫度、濕度、CO₂濃度等，內在因子主要是體內的各類激素和其他分子，包括分泌肽、受體、激酶、轉錄因子等。研究氣孔發育過程的調控機制，能夠使我們更好的理解氣孔對于玉米抗逆性、適應性方面的重要作用，可為植物新品種培育及植物抗逆適應與改良提供新的途徑和思路。

發明內容

本發明的目的之一在于提供Zm00001d042263基因(https://www.maizegdb.org/)在調控玉米氣孔發育中的應用。該基因編碼一個bHLH型轉錄因子，參與調控了氣孔發育過程中保衛細胞母細胞縱向對稱分裂后保衛細胞的形態建成，最終形成啞鈴形的保衛細胞，從而形成完整的氣孔復合體。具體而言，該基因參與調控了保衛細胞后期的形態建成，使其能夠形成正常的啞鈴形同時具有生物學功能的保衛細胞。

進一步的，所述的調控是指使玉米氣孔密度和導度降低。所述應用包括：

1)抑制玉米Zm00001d042263基因的活性；或

2)降低玉米表達Zm00001d042263基因編碼的蛋白。

Zm00001d042263突變(通過EMS誘變、轉座子插入或基因編輯等技術手段)失活后，即玉米Zm00001d042263基因無法表達或蛋白翻譯錯誤后，突變體(玉米Zm00001d042263基因突變體，即缺失玉米Zm00001d042263基因，本申請中命名為bzu5(bizui5)植株中保衛細胞絕大部分異常和副衛細胞部分異常的表型，保衛細胞形態建成出現異常，絕大部分不能形成啞鈴形保衛細胞，只能形成不規則棒狀保衛細胞，喪失正常生物學功能，從而減弱氣孔動力學能力，導致玉米氣孔密度和導度降低。

本發明的目的之三在于提供通過抑制所述Zm00001d042263基因活性來制備耐旱、耐病玉米轉基因玉米的方法，通過基因沉默、基因抑制、基因敲除或定向基因突變技術使玉米中的Zm00001d042263基因失活，Zm00001d042263基因編碼的蛋白水平降低，使玉米氣孔密度降低。氣孔密度和導度的降低，有利于減少水分的散失，從而提高玉米的水分利用效率，而在不顯著影響CO₂吸收的前提下能夠大大提高植物的碳同化能力。另一方面在面對外界生物脅迫的時候多是利用氣孔的關閉進行防御，氣孔密度和導度的降低間接的阻止病原菌通過氣孔進入玉米體內造成更大的傷害，從而使玉米能夠更好的抵御外界生物脅迫，提高植物的耐病性，最終獲得植物抗性改良提升的植物新品種。