[发明专利]一种控制玉米籽粒发育基因ZmDek605的克隆、功能研究及标记挖掘

说明书

本发明描述了一个在玉米中编码PPR蛋白、特异性编辑线粒体蛋白亚基nad1基因608位点的ZmDek605基因及其编码蛋白质氨基酸序列，所述核苷酸序列和其编码的蛋白质具有调控玉米籽粒发育、胚乳结构和成分的功能；并开发了该基因的功能标记，可用于玉米品质改良，具有重大的应用和经济价值。

技术领域

本发明涉及一种玉米籽粒发育调控基因ZmDek605及其编码蛋白序列，属于作物分子 育种、分子生物学和基因工程领域。具体涉及一个控制玉米籽粒大小和品质相关基因ZmDek605的克隆及应用。

背景技术

Defective(Dek)，是指在高等植物中，二倍体的胚或三倍体的胚乳发育受阻，导致受精 后种子发育迟缓的现象，本发明中指一种小粒突变体。玉米是禾本科玉蜀黍属的一种重要 作物。玉米作为我国的三大粮食作物之一，其在产量和种植面积均已超过水稻和小麦，位 于首位。玉米不仅是人和动物的食物来源，还是重要的工业原料及能源作物。

玉米籽粒是玉米品质和产量的直接决定器官，因此研究玉米籽粒发育一直都是生物学 研究的热点。籽粒主要由来源于双受精的胚和胚乳组成，表面是由种皮包被(Bergeret al., 1999；Grafi et L.,1995)。在经典的马齿状玉米籽粒发育过程中，胚乳发育为几个不同物 理特性的部分，分别是传递层，糊粉层，淀粉胚乳细胞，和胚周区(Sabelli etal.,2009ab)。 其中分布在糊粉层下面的淀粉胚乳细胞(starchy endosperm cells)是组成胚乳的主要部分，细 胞内主要填充着淀粉粒和蛋白体，它们占到了胚乳总重量的80％-90％，分别是籽粒中淀 粉和蛋白的主要储藏场所(Birchler et al.,1993；Kiesselbachet al.,1999)。

玉米作为粮食作物的一大缺点就是蛋白中缺乏人类所必须的氨基酸。玉米籽粒中含有 70％左右的淀粉、10％左右的蛋白和6％左右的油脂。淀粉和蛋白主要贮藏在胚乳中，而胚 乳蛋白中醇溶蛋白占60％以上，而醇溶蛋白中人类所必须的氨基酸-赖氨酸含量极低。前期 研究发现，玉米粉质胚乳较角质胚乳氨基酸含量，尤其是赖氨酸含量有所提升(Mertz et al.， 1964)。而研究表明，粉质胚乳中赖氨酸含量的升高主要是因为其内部醇溶蛋白减少且非 醇溶蛋白增加所致(Azevedo RA et al.，2004；Lee et al.，1976；Wanget al.，2011)。由于玉米 籽粒是形成产量的重要因子，玉米籽粒大小会直接影响玉米的百粒重。因此，平衡高品质 (高赖氨酸含量)且不影响玉米产量的品系是现代高品质玉米育种研究的瓶颈。本发明公 开了两个影响玉米籽粒发育的突变体dek605-ds和dek605-de，并克隆了玉米ZmDek605基因， 该基因的突变会改变角质型的胚乳，促进高赖氨酸的粉质胚乳的形成。而该基因的缺陷型 突变体并克隆了该基因，生产应用中可通过回交选育，获得粉质且不影响种子大小的高质 高产玉米。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新的调控玉米籽粒发育基因ZmDek605的DNA序列、 cDAN序列和该基因所编码的功能蛋白的氨基酸序列，所述基因编码蛋白是一种植物线粒 体、叶绿体及细胞核普遍存在的PPR类型蛋白，该在线粒体中特异性表达，并特异性识别线粒体nad1基因608位上的嘧啶(C)到尿嘧啶(U)的编辑。该功能的缺失导致玉米籽粒变小。

本发明的第一个发明目的是：提供一种调控玉米籽粒发育的新基因ZmDek605，其特 征在于，是选自如下1)或2)或3)或4)或5)的DNA分子：

1)SEQ ID NO.1所示的DNA分子(克隆自玉米自交系B73的基因组DNA)：该DNA 的分子由2197个核苷酸组成，自5’末端第102位核苷酸为外显子，没有内含子。

2)SEQ ID NO.2所示的DNA分子(克隆自玉米自交系B73的cDNA)