玉米ZmTD1的突变体及其应用

本发明属于植物遗传学与分子育种领域，尤其涉及玉米zmtd1的突变体及其应用。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、玉米是主要粮食作物，还是饲料、经济和能源兼用作物。随着对玉米需求量的增加，运用分子生物学和遗传学等育种手段，充分挖掘优异的玉米种质资源，提高玉米产量成为突破点。

3、玉米单产量主要由穗数、每穗穗行数和行粒数以及粒重等因素构成。而穗行数和行粒数与玉米的雌穗花序发育密切相关，是影响玉米产量的关键因素。玉米雌穗发育过程中，首先，由叶腋处的腋分生组织(axillary meristem,am)转化成花序分生组织(inflorescence meristem，im)。之后，在im的下方分化形成成对的小穗对分生组织(spikelet-pair meristems，spm)。接着，spm进一步发育行成两个并列的小穗分生组织(spikelet meristems，sms)，靠近下部的sm首先有分化出两个大小不等的小花分生组织(floral meristems，fm)，进而发育形成两个小花，其中下位花退化，而上位花继续发育分化出三个雄蕊原基和一个雌蕊原基。在后期，雄蕊退化，只保留一个雌蕊进一步发育形成单性花，最后雌蕊柱头伸长，顶部分叉并产生绒毛，同时子房膨大并逐渐成熟，在完成受精后，形成籽粒。玉米的穗行数和行粒数与im的活性密切相关。im的活性受经典的clavata(clv)-wuschel(wus)反馈信号通路调控。拟南芥中该通路研究的比较清楚：clv3小肽被分泌到胞外，并被亮氨酸富集重复(lrr)受体clv1以及共受体clv2感知，进而抑制下游wus基因表达，而wus反过来可以促进clv3的表达。玉米中im的发育和维持也和拟南芥中类似。其中zmcle7和zmfcp1(zmfon2-like cle protein1)与拟南芥clv3同源，编码分泌小肽。zmtd1与clv1同源，fea2(fasated ear2)与clv2同源，它们和新发现的受体样蛋白fea3(fasated ear3)均作为小肽的受体接收信号。玉米中这些小肽和受体的突变后均会导致im增大，并显著增加玉米穗行数。但是由于分生组织的过度增大，往往导致雌穗变的短而粗，最终总的籽粒数却没有增加，甚至导致减产。研究发现通过ems诱变产生的fea2和fea3的弱等位突变体可以增加穗行数但不影响穗长，从而显著增加产量，说明可以通过获得这些关键基因的弱等位突变体定量操纵这些基因，以提高产量。

4、td1作为关键受体在调控玉米花序分生组织的形态建成和维持过程发挥重要作用。该基因位于玉米5号染色体上，编码一个富亮氨酸重复类受体激酶。td1功能缺失突变体雌雄花序分生组织均受到显著影响。雄穗主轴增粗，顶部经常只有一个小穗花，并且小穗花经常是不规则的，具有3个颖片，小花具有3个以上雄蕊；td1的雌蕊变得短而粗，穗行数增加，原来规则排列的spm变得无序，spms正常情况下之产生两个sm，而td1突变体中能产生三个sm，最终导致穗行数增加并且产生无序排列的籽粒。那么，td1中是否存在一些弱等位突变体能被发现应用于育种改良还未可知，玉米zmtd1的弱等位突变体是否能打破穗行数增加和穗长变短之间的平衡，从而实现增产还没有被报道。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种玉米zmtd1的突变体及其应用。本发明通过对玉米b73进行ems诱变，筛选获得一系列zmtd1的弱等位突变体，其中zmtd1a810t和zmtd1p932l有效改善玉米穗行数、增加玉米产量。本发明所提供的zmtd1突变体为发掘玉米穗行数及穗型发育相关的基因提供了更多的理论依据，可为玉米穗发育及玉米产量相关研究提供新的思路，对玉米改良穗行数及增加玉米产量提供新的靶点，为培育改良玉米品种、快速实现多穗行数并获得高产量的玉米品种提供了新的手段。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供玉米zmtd1的突变体，其中，zmtd1野生型的编码核酸序列如seq id no.1所示，zmtd1野生型的氨基酸序列如seq id no.8所示。

4、seq id no.8：

5、mppptfllglllllllaaaapapasatperdayalsrlkaslvpsatnstsaplsdwdpaatppahcaftgvtcdaatsrvvainltavplhggalppevalldalasltvancylrgrlppalasmpalrhlnlsnnnlsgpfpppppaayfpaleivdvynnnlsgplpplgapharslrylhlggnyfngsipdtfgdlaaleylglngnalsgrvppslsrlsrlremyvgyynqysggvprefgalqslvrldmssctltgpippelarlsrldtlflalnqltgeippelgaltslrsldlsindlageipasfaaltnlkllnlfrnhlrgeipaflgdfpflevlqvwdnnltgplppalgrngrlktldvtsnhltgtippdlcagrnlqllvlmdngffgsipeslgdcktltrvrlgknfltgpvpaglfdlpqanmleltdnmltgelpdviagdkigmlmlgnnriggripaaignlpalqtlslesnnfsgplppeigrlrnltrlnasgnaltggiprelmgcaslgavdlsrngltgeipdtvtslkilctlnvsrnrlsgelpaamanmtslttldvsynqlsgpvpmqgqflvfnessfvgnpglcsacppssggarspfslrrwdskkllvwlvvlltllvlavlgarkaheawreaarrrsgawkmtafqkldfsaddvveclkedniigkggagivyhgvtrggaelaikrlvgrgcgdhdrgftaevttlgrirhrnivrllgfvsnreanlllyeympngslgemlhggkgghlgweararvaaeaarglcylhhdcapriihrdvksnnilldsafeahvadfglakflggggatsecmsaiagsygyiapeyaytlrvdeksdvysfgvvllelitgrrpvgsfgdgvdivhwvrkvtadaaaaeepvllvadrrlapepvplladlyrvamacveeastarptmrevvhmlstsaaaqpdvp

6、玉米zmtd1的突变体是玉米zmtd1的一系列弱等位突变体，由甲基磺酸乙酯(ethylmethansulfonate,ems)诱变而来，在玉米zmtd1基因编码区的核苷酸序列不同位点产生了6个不同突变类型，穗部性状表现为：穗行数改变，穗顶端发育正常，似圆锥状；

7、所述玉米zmtd1的弱等位突变体分别命名为zmtd1p171s,zmtd1p461l,zmtd1v699m,zmtd1e808k,zmtd1a810t,zmtd1p932l；

8、其中，各弱等位突变体较zmtd1的变化及序列如下：

9、

10、其中，zmtd1a810t和zmtd1p932l的穗行数比野生型玉米b73显著提高。

11、本发明的第二方面，提供含有上述突变体的表达载体。

12、本发明的具体实施方式中，所述表达载体通过上述核酸序列有效连接到表达载体上获得；

13、具体的，所述表达载体包括质粒、人工染色体、病毒或菌株；

14、所述人工染色体包括细菌人工染色体(bac)、噬菌体p1衍生的载体(pac)、酵母人工染色体(yac)或哺乳动物人工染色体(mac)；

15、所述病毒包括腺病毒载体、逆转录病毒载体或腺伴随病毒载体；

16、所述菌株可以为原核细胞或真核细胞。

17、更具体的，所述宿主细胞是细菌细胞、真菌细胞或植物细胞中的任意一种或多种；

18、其中所述细菌细胞为埃希氏菌属、农杆菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属、假单胞菌属或葡萄球菌属内的任何种；

19、更具体的，所述细菌细胞为大肠杆菌(如大肠杆菌dh5α)、根癌农杆菌(如gv3101)、发根农杆菌、乳酸乳球菌、枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌或荧光假单胞菌。

20、所述真菌细胞包括酵母菌。

21、本发明的第三方面，提供第一方面所述突变体在高产玉米育种中的应用。

22、本发明的第四方面，提供第一方面所述突变体在培育和/或改良增加穗行数玉米中的应用。

23、本发明的第五方面，提供第一方面所述突变体在增加玉米穗行数和提高玉米产量中的应用。

24、本发明的第六方面，提供第一方面所述突变体在培育和改良高产玉米品种中的应用。

25、本发明的第七方面，提供一种提高玉米产量的方法，包括将野生型玉米中的zmtd1的蛋白用seq id no.9-14任一项所示的氨基酸序列进行替换；

26、优选的，将野生型玉米中的zmtd1的蛋白用seq id no.13或seq id no.14所示的氨基酸序列进行替换。

27、本发明的第八方面，提供一种增加玉米穗行数的方法，包括将野生型玉米中的zmtd1的蛋白用seq id no.9-14任一项所示的氨基酸序列进行替换；

28、优选的，将野生型玉米中的zmtd1的蛋白用seq id no.13或seq id no.14所示的氨基酸序列进行替换。

29、在本发明的具体实施方式中，第七方面或第八方面所述方法中，可以通过ems诱变后回交的方式实现氨基酸序列替换；还可通过基因编辑技术实现氨基酸序列替换。

30、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

31、本发明所提供的zmtd1弱等位突变体能够调控植物的分生分蘖，增加穗行数达到增产的目的。尤其是含有zmtd1a810t和zmtd1p932l的玉米突变株，较野生型b73的穗长无明显差异的基础上，穗行数显著提高。

32、本发明所获得的zmtd1的zmtd1a810t和zmtd1p932l弱突变体具有广阔的应用前景和很高的应用价值，对增加玉米穗行数和提高玉米产量具有重要的现实意义，对于玉米品种改良具有重要的理论和实践意义，可有望创制出多穗行数、高产的玉米新品种。

33、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。