玉米ZmDek701基因在调控植物籽粒品质中的应用及其突变体制造技术

本发明专利技术涉及植物学和分子生物学技术领域，具体公开了玉米ZmDek701基因在调控植物籽粒品质中的应用及其突变体。本发明专利技术发现玉米ZmDek701基因可调控植物籽粒品质，具体调控植物籽粒品质指如下任一种：(1)降低籽粒中总淀粉含量和/或淀粉粒径；(2)提高籽粒中总蛋白含量；(3)减小籽粒。本发明专利技术还提供一种玉米ZmDek701基因突变体，其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。本发明专利技术不仅能为解析籽粒形成的发育机制提供科学依据，也能够为玉米的遗传改良与产量提高提供理论指导。产量提高提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】
玉米ZmDek701基因在调控植物籽粒品质中的应用及其突变体


[0001]本专利技术涉及植物学和分子生物学
，具体地说，涉及一种玉米ZmDek701基因在调控植物籽粒品质中的应用及其突变体。

技术介绍

[0002]玉米起源于中南美洲，是重要的粮食、饲料、能源和工业作物之一，种子年需求量大，产值高，占农作物种业产值的比例大。种子是禾谷类作物收获的主要部分，种子的发育以及种子的成熟度不仅与作物收获产量密切相关，而且也直接影响了种子的活力。
[0003]在21世纪初，利用x射线衍射技术获得了细菌RNA聚合酶和酵母RNA聚合酶II(Pol II)的首次晶体结构，并对它们的基本结构进行了解析，而酵母的RNA聚合酶I(Pol I)的晶体结构解析又花了10多年的时间，酵母RNA聚合酶III(Pol III)的结构得益于电子低温显微镜技术才得以获得。
[0004]所有的RNA聚合酶都是多亚基组合，细菌依赖DNA的RNA聚合酶有五个核心亚基(β
′
,β,ω,α；在核心酶中有两个α分子)，它们在古细菌和真核生物的RNA聚合酶中具有同源性，但古生菌RNA聚合酶和真核生物Pol I、II和III更复杂。除了这五个核心亚基外，真核生物Pol I、Pol II和Pol III共享另外五个亚基，形成10亚基的催化核心组分。核心组分有一个典型的蟹爪形状，它包围着一个中央裂口，其中包藏着DNA，并有两个通道，一个用于底物NTPs的进入，另一个用于RNA产物输出。两个钳子，在下游末端稳定DNA，并控制裂缝的开放和关闭。为了使转录发生，酶必须维持一个转录泡结合分离的DNA链，使核苷酸的加入更容易，沿着模板移位，稳定DNA:RNA链，最后让DNA链重新退火。这些是通过活跃部位的许多保守元素实现的，包括叉环、方向舵、触发环和桥螺旋等。
[0005]除了核心组分外，所有真核生物的RNA聚合酶都共享两个额外的、关系较远的亚基，它们构成聚合酶的外周组分。在Pol I和Pol III中，核心区被进一步修饰为异二聚体(Pol I和Pol III)和异三聚体(Pol III)复合物。因此，与Pol II酶的12个亚基相比，Pol I和Pol III分别包含14个和17个亚基。相对于作为转录延长关键的核心元素，外周组分主要通过蛋白-蛋白相互作用或直接与核酸接触，参与RNA的转录起始、终止和裂解。
[0006]酿酒酵母RNA聚合酶II的定义相对较好，因为它的12个亚基基因RPB1-RPB12已经被克隆和鉴定。RNA聚合酶的大部分分子质量由两个最大的亚基组成，即RPB1和RPB2。这两个亚基与大肠杆菌RNA聚合酶的β
′
和β亚基同源，被认为具有相似的功能。与β
′
类似，RPB1似乎参与了DNA结合，而β和RPB2似乎都参与了RNA催化。RPB3与大肠杆菌α亚基有一定的序列相似性，与α类似，似乎在亚基组装中起作用。RPB4-RPB12，也在转录中起关键作用，因为大多数是细胞生存所必需的，且在进化上是保守的，在这9个小亚基中，有5个RPB5、RPB6、RPB8、RPB10和RPB12被组装到所有3个真核RNA聚合酶中。其余四个亚基RPB4、RPB7、RPB9和RPB11在RNA聚合酶II中有独特的表达。其中三个RPB7、RPB9和RPB11与其他类型的酵母RNA聚合酶的亚基具有序列相似性:RPB7与RNA聚合酶III的C25亚基有关；RPB9与RNA聚合酶I的A12.2亚基有关；RPBll与RNA聚合酶I和III中的AC19亚基有关。
[0007]拟南芥基因组测序显示了预期的Pol I、II和III催化亚基的基因，但出乎意料地发现了两个非典型的最大亚基基因和两个非典型的第二大亚基基因。此外，Pol I、II和III的五个共享亚基通常由酵母和哺乳动物的单基因编码即RPB5、RPB6、RPB8、RPB10和RPB12，在拟南芥中由多基因家族编码，Pol II特异性亚基RPB3、RPB4、RPB7和RPB9也是如此。
[0008]在所有生物中，遗传信息的流动是一个两步的过程：首先，DNA被转录成RNA，随后在翻译过程中，RNA被用作蛋白质合成的模板。在细菌、古生菌和真核生物中，转录是通过共享核心保守结构的多亚基RNA聚合酶进行的。RNA聚合酶以DNA为模板，在转录起始、延伸和终止阶段通过转录因子的辅助，催化NTP构建块的RNA的高精度聚合。这种高度动态过程的复杂性体现在转录复合物中蛋白-蛋白和蛋白-核酸相互作用的复杂网络，以及RNA聚合酶在整个转录周期中所发生的大量构象变化。
[0009]RNA聚合酶活性最早由Weiss和Gladstone在1959年发现，当添加到大鼠肝脏核提取物时，所有4个NTPs都被整合到RNA中。Roeder和Rutter是第一个描述不是一种而是三种不同的酶Pol I、II和III转录真核生物基因组。
[0010]细菌和古生菌使用单一类型的RNA聚合酶，而真核生物的基因组至少由三个专门的RNA聚合酶转录，这些RNA聚合酶专门用于不同的基因。Pol I转录成熟的25/28S、18S和5.8S rRNAs的核糖体RNA前体，Pol II负责信使RNA(mRNA)和许多非编码RNA的转录，而Pol III合成小结构RNA，如转移RNA(tRNA)、剪接体内U6小核RNA(snRNA)、核糖体5S rRNA和7sl RNA。高等植物加上两个额外的核RNA聚合酶Pol IV和Pol V，它们专门用于sirna介导的DNA甲基化和基因沉默。RNA聚合酶的亚基组成被组织成三个功能领域：催化核心、组装平台和辅助的专门功能。一些常见的共享亚基对RNA聚合酶的功能很重要，如转录效率、酶的稳定性、核定位，或rRNA、mRNA和tRNA合成的协调和调节。
[0011]对玉米籽粒发育过程中关键基因的作用机理研究，不仅能为解析籽粒形成的发育机制提供科学依据，也能够为玉米的遗传改良与产量提高提供理论指导。因此，很有研究的必要。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种编码DNA-directed RNA聚合酶的RPB10亚基蛋白，编码基因为ZmDek701，此编码蛋白经验证可以调控植物(玉米)籽粒品质。
[0013]具体地，本专利技术的技术方案如下：
[0014]第一方面，本专利技术提供玉米ZmDek701基因、或含有其的生物材料在调控植物籽粒品质中的应用。
[0015]具体地，所述调控植物籽粒品质指如下任一种：
[0016](1)降低籽粒中总淀粉含量和/或淀粉粒径；
[0017](2)提高籽粒中总蛋白含量；
[0018](3)减小籽粒。
[0019]具体可减小籽粒体积和重量。
[0020]第二方面，玉米ZmDek701基因、或含有其的生物材料在如下任一项中的应用：
[0021](1)选育籽粒中总淀粉含量低和/或总蛋白含量高的植物；
[0022](2)制备籽粒中总淀粉含量低和/或总蛋白含量高的植物；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.玉米ZmDek701基因、或含有其的生物材料在调控植物籽粒品质中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述调控植物籽粒品质指如下任一种：(1)降低籽粒中总淀粉含量和/或淀粉粒径；(2)提高籽粒中总蛋白含量；(3)减小籽粒。3.玉米ZmDek701基因、或含有其的生物材料在如下任一项中的应用：(1)选育籽粒中总淀粉含量低和/或总蛋白含量高的植物；(2)制备籽粒中总淀粉含量低和/或总蛋白含量高的植物；(3)鉴定或筛选籽粒中总淀粉含量低和/或总蛋白含量高的植物或其种质资源。4.根据权利要求1-3任一所述的应用，其特征在于，所述生物材料为表达盒、载体、宿主细胞或重组菌。5.根据权利要求1-4任一所述的应用，其特征在于，所述植物为禾谷类作物；优选为麦类、稻类、玉米、大豆或高粱；更优选为玉米。6.改变植物籽粒品质的方法，其特征在于，通过转基因、杂交、回交、自交或无性繁殖的方法，控制植物对ZmDek701基因的表达。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国英，陈全全，崔钰，张洁，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：