一个玉米籽粒大小基因SSRP1的克隆与应用

本发明属于植物基因工程领域，涉及一个玉米籽粒大小基因ssrp1的克隆与应用。

背景技术：

1、玉米(zea mays)是全球重要的粮食作物之一，广泛种植于许多国家和地区。玉米籽粒的大小是影响产量和品质的重要因素之一。随着全球人口的增长和粮食需求的增加，研究和改良玉米籽粒大小的机制，以提高产量和质量，对于粮食安全和农业可持续发展至关重要。玉米种子发育始于双受精，最终形成三倍体的胚乳和二倍体的胚。胚乳在种子整体中占据着83％的比重(胚占11％，种皮占据6％)，因此胚乳在籽粒大小的形成过程中扮演着关键的角色。胚乳的发育开始于受精的中央细胞，随后经历细胞化和分化为四种主要细胞类型，包括基乳转移层(betl)、糊粉层(al)、淀粉质胚乳(se)和胚胎周围区(esr)。在胚乳分化过程中，有丝分裂细胞增殖和核内复制发生在胚乳细胞中，随后是成熟(细胞死亡、休眠和干燥)。其中胚乳细胞的分裂和扩张过程被视为决定籽粒大小的关键步骤之一。

2、玉米籽粒突变体根据发生缺陷的部位大致分为以下几类：胚缺陷突变体，胚乳缺陷突变体，胚和胚乳均异常突变体，穗发芽突变体。其中胚和胚乳均异常突变体包括：小籽粒(small kernel)、缺陷籽粒(defective kernel)和空果皮(empty percarp)。过去的研究表明，玉米籽粒大小受多种因素的调控，包括遗传因素和环境因素。遗传因素在籽粒大小的形成中起着关键的作用。目前已克隆的小籽粒相关的基因包括与玉米质体和线粒体基因转录后加工调控有关的基因smk1，smmk2，smmk3，smmk4，smmk6，smmk7，smk9，mppr6，ppr78等。玉米籽粒大小的遗传调控有非常复杂的机制网络，利用分子遗传技术有效对玉米籽粒大小性状进行基因定位对深入认识玉米籽粒大小的遗传调控机制具有重要推动作用。

3、对玉米籽粒大小突变体进行研究，有利于人们更深地理解参与籽粒发育的相关基因的调控机理，提高玉米产量和质量，也为实际生产制种提供了宝贵的资源。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种与玉米籽粒大小相关的蛋白及其编码基因与应用。

2、本发明首先保护ssrp1蛋白的应用，可分为s1)或s2)：

3、s1)调控植物籽粒大小；

4、s2)培育籽粒大小改变的转基因植物。

5、上述应用中，所述ssrp1蛋白来源于玉米属的玉米(zea mays l.)，是如下a1)或a2)或a3)：

6、a1)氨基酸序列是seq id n0：3所示的蛋白质；

7、a2)在seq id no：3所示的蛋白质的n端或/和c端连接标签得到的融合蛋白质；

8、a3)将seq id no：3所示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/或添加得到的与植物籽粒大小相关的蛋白质。

9、其中，seq id no：3由639个氨基酸残基组成。

10、为了使a1)中的蛋白质便于纯化，可在seq id no：3所示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。

11、表1.标签的序列

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

13、上述a3)中的蛋白质，所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加为不超过10个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加。

14、上述a3)中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

15、上述a3)中的蛋白质的编码基因可通过将seq id n0：2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。

16、本发明还保护编码所述ssrp1蛋白的核酸分子的应用，可为s1)或s2)：

17、s1)调控植物籽粒大小；

18、s2)培育籽粒大小改变的转基因植物。

19、上述应用中，所述编码ssrp1蛋白的核酸分子可为如下b1)或b2)或b3)或b4)或b5)所示的dna分子：

20、b1)编码区是seq id n0：2所示的dna分子；

21、b2)核苷酸序列是seq id no：2所示的dna分子；

22、b3)核苷酸序列是seq id no：1所示的dna分子；

23、b4)与b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码所述ssrp1蛋白的dna分子；

24、b5)在严格条件下与b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列杂交，且编码所述ssrp1蛋白的dna分子。

25、其中，所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如mrna或hnrna等。

26、其中，seq id no：2由1920个核苷酸组成，seq id no：2的核苷酸编码seq id no：3所示的氨基酸序列。

27、本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化和点突变的方法，对本发明的编码ssrp1蛋白的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的所述ssrp1蛋白的核苷酸序列75％或者更高同一性的核苷酸，只要编码所述ssrp1蛋白，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

28、这里使用的术语“同一性”指与天然核酸序列的序列相似性。“同一性”包括与本发明的编码seq id no：3所示的氨基酸序列组成的ssrp1蛋白的核苷酸序列具有75％或更高，或80％或更高，或85％或更高，或90％或更高，或95％或更高同一性的核苷酸序列。同一性可以用肉眼或计算机软件进行评价。使用计算机软件，两个或多个序列之间的同一性可以用百分比(％)表示，其可以用来评价相关序列之间的同一性。

29、上述任一所述的应用中，所述调控植物籽粒大小可为增加籽粒大小或减少籽粒大小。

30、上述任一所述的应用中，所述培育籽粒大小改变的转基因植物可为培育增加籽粒大小的转基因植物或培育减少籽粒大小的转基因植物。

31、本发明还保护一种培育转基因植物的方法，可包括如下步骤：降低出发植物中所述ssrp1蛋白的表达量和/或活性，得到转基因植物；与出发植物相比，转基因植物的籽粒大小变小。

32、上述方法中，所述“降低出发植物中所述ssrp1蛋白的表达量和/或活性”可通过rna干扰、同源重组、基因定点编辑等本领域熟知的方法，达到降低出发植物中所述ssrp1蛋白的表达量和/或活性的目的。

33、上述方法中，所述“降低出发植物中所述ssrp1蛋白的表达量和/或活性”具体可通过向出发植物中导入植物基因组编辑的载体实现；

34、所述植物基因组编辑的载体含有sgrna编码基因；

35、所述sgrna在植物中识别的靶标dna为编码所述ssrp1蛋白的dna片段。

36、上述方法中，所述植物基因组编辑的载体还可含有cas9蛋白的编码基因。