一种植物籽粒粒型相关蛋白FSK259及其编码基因与应用

本发明属于基因工程领域，涉及一种影响植物籽粒粒型相关蛋白fsk259及其编码基因与应用。

背景技术：

1、水稻是世界上重要的粮食作物之一，全球一半以上人口以水稻为主食。水稻产量是一个复杂的性状，主要由单株穗数、穗粒数和粒重等因素决定。水稻粒型主要包括粒长、粒宽和粒厚三个组分，是影响粒重的关键因素之一，受到不同主效及一些微效核基因的控制。此外，粒型还会影响水稻籽粒的外观品质、加工品质和蒸煮食味品质。

2、目前，水稻粒型的遗传研究取得了较大的进展，从细胞遗传学水平发展到了分子遗传学水平，但是无论是细胞遗传学还是分子遗传学，其遗传机制、生理生化途径还处于不完善阶段，需要进一步探索研究，才能更进一步的揭示水稻粒型形成的机理，并为水稻产量的提高和品质的改善提供坚实的基础。

3、种子大小不仅影响作物的进化适合性，还会影响作物的产量。种子大小是由母体组织和合子组织的整合信号决定的，它们控制着胚、胚乳和种皮的协调生长。最近的研究发现了一些通过母体组织控制种子大小的信号途径。

4、泛素蛋白酶体这个途径通过影响蛋白质的稳定性、活性和定位来控制细胞过程的许多方面。

5、g蛋白信号转导途径，这个途径中的异源三聚体g蛋白复合物是由参与植物生长发育多个过程的gα、gβ和gγ亚基组成。gα或gβ的功能丧失和抑制导致拟南芥和水稻产生短种子，这表明gα和gβ是正相关的调节种子长度。

6、mapk级联由三层蛋白激酶是由mapk激酶激酶(mkkk)、mapk激酶(mkk)和mapk组成。他们通过激活或者抑制下游基因或者响应上游基因来调控籽粒的大小。

7、植物激素感知和动态平衡，通过调节激素的运输和分布，影响胞吞作用、限制小穗壳中的细胞增殖。

8、转录调控对多种植物生长发育过程至关重要。转录因子、转录辅激活因子和染色质修饰调节因子被认为是植物种子大小控制的重要因素。他们可以通过调控细胞周期来影响籽粒的大小。

技术实现思路

1、本发明人通过对水稻籽粒粒型突变体fsk259的表型分析和目标基因的初步定位，最终克隆得到籽粒粒型相关蛋白fsk259，因而本发明提供一种籽粒粒型相关蛋白及其编码基因与应用。

2、本发明提供的籽粒粒型相关蛋白(fsk259)，来源于稻属水稻(oryza sativavar.kitaake)，是如下(a)或(b)的蛋白质：

3、(a)由seq id no.1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

4、(b)将seq id no.1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且仍具有所述功能的衍生蛋白质。

5、seq id no.1由615个氨基酸残基组成。

6、为了使(a)中的fsk259便于纯化，可在由seq id no.1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。

7、表1标签的序列

8、 标签 残基 序列 poly-arg 5-6(通常为5个) rrrrr poly-his 2-10(通常为6个) hhhhhh flag 8 dykddddk strep-tag ii 8 wshpqfek c-myc 10 eqkliseedl

9、上述(b)中的fsk259可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。上述(b)中的fsk259的编码基因可通过将seq id no.2所示的dna序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。

10、编码上述籽粒粒型相关蛋白的基因(fsk259)也属于本发明的保护范围。

11、所述基因fsk259的核苷酸序列可为如下1)或2)或3)或4)：

12、1)seq id no.2所示的核苷酸序列；

13、2)seq id no.3所示的核苷酸序列；

14、3)在严格条件下与1)或2)限定的dna序列杂交且编码所述蛋白的核苷酸序列；

15、4)与1)或2)或3)限定的dna序列具有90％以上同源性，且编码籽粒粒型相关蛋白的核苷酸序列。

16、seq id no.2由1848个核苷酸组成。

17、所述严格条件可为在0.1×sspe(或0.1×ssc)，0.1％ sds的溶液中，在65℃下杂交并洗膜。

18、含有以上任一所述基因的重组表达载体也属于本发明的保护范围。

19、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。

20、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。

21、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，使用本发明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。

22、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。

23、所述重组表达载体可为在pcambia1305.1载体(http://www.cambia.org/daisy/cambia/585)的多克隆位点ecori和ncoi之间重组插入所述基因(fsk259)得到的重组质粒。所述重组质粒具体可为pcambia1305.1-fsk259；所述pcambia1305.1-fsk259是将由fsk259基因组编码序列连同上游2442bp的启动子区的片段通过重组技术插入到pcambia1305.1多克隆位点ecori和ncoi之间得到的(clontech公司，infusion重组试剂盒)。

24、将含有fsk259的pcambia1305.1命名为pcambia1305.1-fsk259。

25、含有以上任一所述基因(fsk259)的表达盒、转基因细胞系及重组菌均属于本发明的保护范围。

26、本发明的另一个目的是提供一种培育目的籽粒型的转基因植物的方法，该方法是将所述基因导入需要改良粒型的植物中，得到目的籽粒型的转基因植物；所述需要改良粒型植物为非大众理想粒型的植物，即水稻籽粒长宽比低于2.8，垩白度高于2％，精密率低于56％；所述目的籽粒型的转基因植物为粒型长宽比符合大众理想粒型的转基因植物，即水稻籽粒长宽比大于或等于2.8，垩白度低于2％，精密率至少为56％。具体来说，所述基因通过所述重组表达载体导入非大众理想粒型的植物中；所述非大众理想粒型植物可为fsk259蛋白功能缺陷突变体或者籽粒长宽比低于2.8的植株。

27、本发明中所述蛋白、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。

28、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。

29、本发明的籽粒粒型相关蛋白影响水稻籽粒粒型形成的过程。将所述蛋白的编码基因导入非理想籽粒粒型的植物中，可以得到理想籽粒粒型的转基因植物。因此，本发明所述蛋白及其编码基因可以应用于植物遗传改良。