[发明专利]一种利用GF14f蛋白靶向多肽配体调控水稻弱势籽粒灌浆的方法

说明书

本发明公开了一种利用GF14f蛋白靶向多肽配体溶液调控水稻弱势籽粒灌浆的方法。所述多肽配体溶液由60mg/L的14‑3‑3蛋白成员GF14f靶向多肽配体R18和6ml/L的表面活性剂吐温‑20组成。在水稻灌浆期外源喷施GF14f蛋白靶向多肽配体溶液，多肽配体R18能与弱势籽粒中的GF14f蛋白竞争性结合，从而对灌浆过程中淀粉合成代谢起到调控作用，能够显著提高弱势籽粒千粒重及结实率。

技术领域

本发明属于作物生长调控技术领域，具体涉及一种利用GF14f蛋白靶向多肽配体调控水稻弱势籽粒灌浆的方法。

背景技术

水稻籽粒的充实及粒重大小与颖花在穗上着生的部位有密切关系。生长发育早、灌浆充实快且稳定，粒重高，称为强势籽粒；生长发育迟、灌浆充实差且易受环境所调控、粒重低，称为弱势籽粒。水稻强弱势粒的结实率和充实度差异很大，有的达 25% 左右。前人大量的研究结果和生产实践均证明，弱势籽粒充实差和粒重低不仅限制了水稻产量潜力的发挥，而且严重影响籽粒品质，弱势粒充实度差已成为现代水稻品种产量潜力进一步提高的关键限制因素。同时，这种灌浆差异也在其他禾谷类作物中也普遍存在，例如小麦，玉米。一直以来，籽粒灌浆差异现象都是禾谷类作物科学和生产上长期未解决的难题。

水稻籽粒灌浆是个复杂的生理生态过程，涉及大量基因（蛋白）的表达调控。申请人前期的研究已表明14-3-3蛋白家族成员GF14f蛋白在弱势籽粒中的表达量显著高于强势籽粒是导致弱势籽粒灌浆差的一个重要原因，该蛋白会通过蛋白互作机制，进而对弱势籽粒淀粉合成过程中关键酶起到调控作用，采用反向遗传学的方法特异性的降低籽粒灌浆期GF14f的表达量，能够显著提升籽粒灌浆过程中蔗糖合成酶（SuS），可溶性淀粉合成酶（SSS），ADPG焦磷酸化酶（AGPase）三个蔗糖转化及淀粉合成关键酶的活性，进而有利于弱势籽粒的灌浆。田间产量数据表明，GF14f-RNAi 植株与野生型相比，有效穗数及每穗粒数未有显著的差异，但籽粒的粒长增加了12.9%，千粒重提高约10%，弱势籽粒的结实率提高10.85%，产量提高 15.2%，证实 GF14f 在籽粒灌浆过程中发挥着重要的功能（zhang etal. The 14-3-3 protein GF14f negatively affects grain filling of inferiorspikelets of rice (Oryza sativa L.). The Plant Journal, 2019, 99, 344–358）。

近年来，随着生物技术的不断发展，多肽配体（peptide aptamers，PA)等人造小分子已成为直接影响蛋白质功能的有效技术。肽配体是在惰性支架蛋白中展示肽环的短（8-20个氨基酸）肽，对给定靶标具有高度特异性结合亲和力。肽配体可特异性结合并失活目标蛋白质，因此作为强竞争性抑制剂。它们可以特异性地阻断蛋白质-蛋白质相互作用的形成，并且在不改变蛋白质水平或结构的情况下干扰基因功能。多肽配体技术的本质就是在蛋白水平上特异抑制靶蛋白，从而使其在体内失去其生物学功能。利用多肽配体特异结合靶蛋白的方法，可以在蛋白水平上对所感兴趣的植物基因进行特异干扰，有助于精确地理解靶基因在复杂性状起源和形态建成中的生物学功能。通过筛选到的靶蛋白的多肽配体，并通过体外喷施调控，能够起到调节作物生长及抗逆的作用，这种策略已在作物抗病性上以及生长发育上已有广泛的运用，例如外源喷施番茄斑萎病毒TSWV的靶向多肽配体能显著增强番茄抗斑萎病的能力。

本发明针对14-3-3蛋白家族成员GF14f在水稻籽粒灌浆期的表达模式及其功能，筛选了一种能靶向与GF14f蛋白结合的多肽配体片段R18，通过灌浆期外源喷施于籽粒上，靶向作用于GF14f上，从而显著提高弱势籽粒千粒重及结实率，实现对弱势籽粒灌浆的靶向调控，国内外尚未见相关的研究报道。

发明内容

本发明提供了一种利用GF14f蛋白靶向多肽配体调控水稻弱势籽粒灌浆的方法，该多肽配体能够与籽粒中14-3-3蛋白成员GF14f蛋白靶向竞争性结合，使其与互作的蛋白不结合，从而起到调控水稻籽粒灌浆过程中淀粉合成代谢，达到提高弱势籽粒千粒重及结实率的方法。