一种水稻胚乳造粉体发育相关蛋白及其编码基因和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻胚乳造粉体发育相关蛋白及其编码基因和应用，属于基因工程领域。本发明专利技术提供的蛋白质，命名为FLO7蛋白，来自水稻品种Nipponbare，蛋白序列如SEQ ID NO.1，cDNA序列如SEQ ID NO.2。本发明专利技术对于进一步阐明禾本科植物胚乳造粉体发育的分子机理并通过基因工程的技术和手段对谷物品质的遗传改良具有重要的理论意义和现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种水稻胚乳造粉体发育相关蛋白及其编码基因和应用
本专利技术属于基因工程领域，涉及一种水稻胚乳造粉体发育相关蛋白及其编码基因和应用。
技术介绍
水稻是世界上最重要的粮食作物之一。我国是世界上最大的水稻生产和消费国。近些年来，水稻总产保持在1.9-2.0亿吨，种植面积维持在0.30-0.32亿公顷，总产量与播种面积均居世界前列，在国民经济中具有十分重要的意义。淀粉占稻米干重90％左右，居所有粮食作物之首。作为我国传统主食，稻米淀粉的性质决定了稻米的食用、加工以及其适用性。因此对其合成加工途径的深入研究，将有助于我们通过基因工程的手段对稻米进行品质改良。种子的形成过程是贮藏淀粉在造粉体(特殊的质体)内经过一系列淀粉合成酶催化加工形成可见淀粉颗粒的过程，同时伴随着胚乳细胞内造粉体和淀粉粒的增殖和发育。在此过程中，种子逐渐膨大成熟，最后随着膜结构的降解整个胚乳内充满了排列整齐的淀粉颗粒，可见这是一个复杂精细的生物学过程。水稻胚乳突变体按胚乳的成分可分为：胚乳淀粉突变体、胚乳蛋白质突变体、胚乳微营养突变体。目前水稻中已经克隆出大量控制胚乳淀粉突变体的基因，这些基因大部分是直接参与淀粉合成过程中的合成酶，另一些则通过其它途径间接参与淀粉合成，因此水稻胚乳淀粉突变体，是用来研究水稻胚乳淀粉合成途径机理的理想材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供与水稻胚乳造粉体发育相关的蛋白及其编码基因与应用。本专利技术的目的可通过如下技术方案实现：水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7，其特征在于氨基酸序列如SEQIDNO.1所示。序列表中的SEQIDNO.1由364个氨基酸残基组成，自氨基末端第70至355位为DUF1338结构域。编码所述的水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7的基因。所述的编码水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7的基因，CDS序列优选如SEQIDNO.1所示，由1092个核苷酸组成，全长序列优选如SEQIDNO.3所示。含有以上任一所述基因的重组表达载体也属于本专利技术的保护范围。可用现有的植物表达载体构建含有所述基因的重组表达载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3’端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mRNA前体的3’端，如农杆菌冠瘿瘤诱导(Ti)质粒基因(如胭脂合成酶Nos基因)、植物基因(如大豆贮存蛋白基因)3’端转录的非翻译区均具有类似功能。使用所述基因构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子，如花椰菜花叶病毒(CAMV)35S启动子、玉米的泛素启动子(Ubiquitin)，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用；此外，使用本专利技术的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是ATG起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(GUS基因、萤光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除莠剂基因)等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。所述重组表达载体优选在pCAMBIA2300-Actin1载体的多克隆位点SmaI之间重组插入所述基因(FLO7)得到的重组质粒pCAMBIA2300-FLO7；所述pCAMBIA2300-FLO7是将由FLO7cDNA片段通过重组技术插入到pCAMBIA2300-Actin1多克隆位点SmaI之间得到的(Clontech公司，Infusion重组试剂盒)。含有以上任一所述基因(FLO7)的表达盒、转基因细胞系及重组菌均属于本专利技术的保护范围。扩增所述基因(FLO7)全长或任一片段的引物对也属于本专利技术的保护范围。一种培育造粉体发育正常的转基因植物的方法，是将所述基因导入造粉体发育异常的植物中，得到造粉体发育正常的转基因植物；所述造粉体发育异常植物为胚乳外周造粉体碎裂的植物；所述造粉体发育正常的转基因植物为胚乳外周恢复透明，造粉体形态正常的转基因植物。具体来说，所述基因通过所述重组表达载体导入造粉体发育异常植物中；所述造粉体发育异常植物可为flo7。所述蛋白、所述基因、所述重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌或所述方法均可应用于水稻育种。利用任何一种可以引导外源基因在植物中表达的载体，将编码所述蛋白的基因导入植物细胞，可获转基因细胞系及转基因植株。携带有所述基因的表达载体可通过使用Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化植物细胞或组织，并将转化的植物组织培育成植株。被转化的植物宿主既可以是单子叶植物，也可以是双子叶植物，如：烟草、百脉根、拟南芥、水稻、小麦、玉米、黄瓜、番茄、杨树、草坪草、苜宿等。有益效果：本专利技术的造粉体发育相关蛋白影响水稻胚乳中造粉体形成过程。将所述蛋白的编码基因导如造粉体发育异常的植物中，可以得到造粉体发育正常的转基因植物。所述蛋白及其编码基因可以应用于谷物品质的遗传改良。附图说明图1为野生型日本晴和突变体flo7的籽粒以及扫描电镜观察。图2为野生型日本晴和突变体flo7前期胚乳造粉体形态观察。图3为野生型日本晴和突变体flo7后期胚乳造粉体形态观察。图4为转基因植株分子水平检测结果。图5为转pCAMBIA2300-FLO7的T1籽粒表型。图6为突变体和转pCAMBIA2300-FLO7的T1籽粒的扫描电镜。具体实施方式以下的实施例便于更好地理解本专利技术，但并不限定本专利技术。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。实施例1、植物造粉体发育相关蛋白及其编码基因的发现一、水稻粉质选突变体flo7表型分析在日本晴突变体库中筛选出籽粒粉质表型的株系flo7。与野生型比较，flo7的主要特征是籽粒胚乳外围粉质，不透明，扫描电镜分析证实，flo7胚乳外围淀粉颗粒松散，透明部位正常(见图1)。通过透射电镜对胚乳发育前期造粉体的观察结果显示，野生型中造粉体上的淀粉颗粒不断吸收营养变大，最后充满造粉体，而突变体flo7中造粉体中的淀粉颗粒不能紧密聚集，造粉体填充速率降低(见图2)。半薄切片观察结果表明野生型种子外周的胚乳细胞中淀粉颗粒紧密呈现多边形，相同时期突变体flo7靠近种子外围的造粉体内部淀粉颗粒不能紧密排，最终表现为复粒淀粉颗粒是碎裂的(见图3)。综上所述，在突变体flo7中由于胚乳外周造粉体发育异常，导致复合淀粉颗粒在发育后期呈现碎裂的形态，最终造成种子外周粉质的表型。二、突变基因定位1、突变基因初步定位用突变体flo7与籼稻品种Peiai64杂交，在flo7/Peiai64的F2分离群体中随机选取籽本文档来自技高网...

【技术保护点】
水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7，其特征在于氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

【技术特征摘要】
1.氨基酸序列如SEQIDNO.1所示的水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7在改善水稻造粉体发育中的应用。2.编码SEQIDNO.1所示的水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7的基因在改善水稻造粉体发育中的应用。3.含有编码SEQIDNO.1所示的水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7的基因的重组表达载体在改善水稻造粉体发育中的应用。4.含有编码SEQIDNO.1所示的水稻胚乳造粉体发育相关蛋白FLO7的基因的表达盒、转基因细胞系或重组菌中的至少一种在改善水稻造粉体发育中的应用。...

【专利技术属性】
技术研发人员：万建民，张龙，江玲，卢丙越，杨春艳，冯志明，任玉龙，郭秀平，吴赴清，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32