【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于玉米遗传育种领域，具体涉及一个影响玉米糖代谢及玉米产量的基因zmsweet1a及应用
技术介绍
1、植物在生长发育过程中，如果一个器官产生的光合作用产物大于它消耗的光合作用产物，这样的器官被称为“源”；反之，如果一个器官消耗或储存的光合作用产物大于其产生的光合作用产物，这样的器官称为“库”；光合作用产物从“源”向“库”的运输称为“流”(herbers k and sonnewald u.curr opin plant biol,1998,1(3):207-216；borchers-zampini c,et al.plant physiol,1980,65(6):1116-1120)。作物的高产量往往取决于“源”产生的光合同化物向“库”(籽粒)的高效转移，其中糖转运蛋白在同化物转移过程中执行着重要功能。2010年chen等在植物中鉴定了一类新的糖转运蛋白，命名为sweets(sugarswill eventually be exported transporters)(chen l-q,et al.nature,2010,468:527-532)。sweet蛋白转运底物包括单糖的葡萄糖、半乳糖和果糖等，以及二糖的蔗糖，在“源”“库”运输中具有重要作用。
2、籽粒灌浆是作物生长发育的重要阶段，对产量和品质具有关键影响。通过优化灌浆过程，可以最大程度地提高作物产量和品质，满足人们对食品的需求。籽粒灌浆过程一般分为两步，首先，糖从母体组织中被排出进入种皮和胚乳之间的质外体空间，然后糖再通过胚乳/糊粉层排出进入胚
3、在发育的种子中，高效的糖运输机制对籽粒的大小和重量起着决定性的作用(wang e,et al.nature genet,2008,40(11):1370-1374)。种子碳水化合物的多少直接决定种子的大小，并且这种籽粒产量的增加可以通过驯化来达到。玉米中已发现的糖转运蛋白是zmsweet4c，zmsweet4c在玉米授粉后10-17天的表达量升高，同时伴随着大量的糖运输进发育的种子中。zmsweet4c运输糖至基底胚乳转移层(basal endosperm transferlayer,betl)后可引起betl的膜面积增加，进而增强zmsweet4c的转运，其最终的结果就是糖运输进胚乳的能力增强，籽粒糖积累增加(sosso d,et al.nature genet,2015,47(12):1489-1493)。zmsweet4c突变体籽粒明显小于正常植株的籽粒，该基因的缺失导致了betl中己糖转运功能的丧失，进而影响糖从韧皮部的转运。shen等通过构建玉米籽粒发育时空转录图谱，提出了玉米籽粒糖分由小穗柄(母体)到胚乳(子代)、胚乳到胚运输的分子机制模型。首先通过共质体途径将蔗糖卸载到胎盘结合点，继而通过蔗糖转运蛋白zmsweet11/13b将蔗糖由胎盘结合点运输至母体-子代交界处的质外体空间，随后betl通过两种途径吸收质外体空间的糖分：(1)蔗糖转运蛋白zmsut1和zmsweet11/13a驱动下吸收蔗糖；(2)质外体蔗糖由细胞壁酸性转化酶水解为单糖，由单糖转运蛋白zmstp3和zmsweet3a/4c驱动下以单糖形式吸收。同时，zmsweet14a/15a和zmsut4分别负责蔗糖由胚周边区域(胚乳)向胚中的转运(shen s,et al.plant j,2022,110(1):228-242)。
4、植物sweet糖转运蛋白家族可分为四个亚家族(clade)，以拟南芥为例，其中cladei包含atsweet1-3、clade ii包括atsweet4-8、clade iii包括atsweet9-15、clade iv包括atsweet16-17，其中clade i、ii和iv三个亚家族的主要负责单糖转运，比如转运葡萄糖、半乳糖和果糖等，而clade iii主要是偏向于二糖的转运，比如蔗糖(eom j s,etal.curropin plant biol,2015,25:53-62)。sweet糖转运蛋白家族成员在韧皮部糖类运载、籽粒灌浆发育、配子体发育、蜜腺形成、生物逆境防御和非生物逆境防御等多种生理过程中行使功能，不同的sweet蛋白功能各不相同。
5、我们在前期研究中发现玉米sweet1b基因突变后导致玉米早衰，并产生玉米籽粒变小的表型，原因是zmsweet1b蛋白定位于玉米气孔的副卫细胞膜上，通过调控气孔开放调节光合效率和光合同化物的产生，基因突变后气孔开度下降，光合效率降低，使叶片衰老提前，籽粒缺乏营养物变小。zmsweet1b基因是目前鉴定的唯一一个定位在气孔副卫细胞膜上的sweet蛋白编码基因，除参与气孔开关调节，还与玉米抗盐胁迫相关(wu y,etal.functintegr genomics,2023,23(2):137)。本研究中我们获得另外一个sweet基因，称为zmsweet1a基因，定位于维管组织，与籽粒大小相关，zmsweet1a基因与zmsweet1b基因是同源基因，序列相似性为67％，具有相同的7个跨膜结构，但zmsweet1a基因与zmsweet1b基因在基因定位、基因表达模式及基因功能完全不同，尤其zmsweet1a基因在玉米籽粒发育过程中表达量较高，具有调节籽粒大小和籽穗产量的作用。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种糖转运蛋白zmsweet1a，其参与玉米光合产物的源库转运和籽粒大小，影响玉米单株产量和百粒重，对玉米的高产育种有重要的指导意义。
2、糖转运蛋白zmsweet1a，其氨基酸序列如seq id no.3所述。
3、编码所述的糖转运蛋白zmsweet1a的基因。
4、所述的基因，其核苷酸序列如seq id no.2所述。
5、编码所述的糖转运蛋白zmsweet1a的基因组序列，如seq id no.1所述。
6、所述的基因在玉米育种中的应用。
7、所述的应用，为利用转基因方法提高zmsweet1a基因在玉米中的表达，从而创制新种质。
8、所述的应用，为通过zmsweet1a基因的优良单倍型来选择育种。
9、所述的基因组序列在玉米育种中的应用。
10、本专利技术通过生物信息学分析玉米sweet家族基因，同源序列设计引物，pcr扩增获得zmsweet1a基因。通过qrt-pcr对zmsweet1a基因表达模式进行分析，zmsweet1a在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.糖转运蛋白ZmSWEET1a，其氨基酸序列如SEQ ID No.3所述。
2.编码权利要求1所述的糖转运蛋白ZmSWEET1a的基因。
3.根据权利要求2所述的基因，其核苷酸序列如SEQ ID No.2所述。
4.编码权利要求1所述的糖转运蛋白ZmSWEET1a的基因组序列，如SEQ ID No.1所述。
5.权利要求2或3所述的基因在玉米育种中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，为利用转基因方法提高ZmSWEET1a基因在玉米中的表达，从而创制新种质。
7.根据权利要求5所述的应用，为通过ZmSWEET1a基因的优良单倍型来选择育种。
8.权利要求4所述的基因组序列在玉米育种中的应用。
【技术特征摘要】
1.糖转运蛋白zmsweet1a，其氨基酸序列如seq id no.3所述。
2.编码权利要求1所述的糖转运蛋白zmsweet1a的基因。
3.根据权利要求2所述的基因，其核苷酸序列如seq id no.2所述。
4.编码权利要求1所述的糖转运蛋白zmsweet1a的基因组序列，如seq id no.1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郎志宏，李鹏程，李圣彦，王银晓，温宁，陈宇枭，郝逸荷，吕文杰，
申请(专利权)人：中国农业科学院生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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