[发明专利]一种玉米ZmFKF1基因及其基因编辑突变体的制备与应用

说明书

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种玉米ZmFKF1基因，并进一步公开了其基因编辑突变体的制备与应用。本发明所述ZmFKF1基因是以玉米‘B104’为材料，获得ZmFKF1基因CDS序列，并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，以玉米‘B104’幼胚为受体材料，利用农杆菌介导法，成功地将玉米ZmFKF1基因进行定点编辑，获得了在靶位点突变的3个纯合株系，通过与野生型‘B104’进行开花表型比较，发现ZmFKF1定点编辑突变体的抽雄、吐丝和散粉时间都有延迟，且这些株系中关键开花基因的表达也出现了下调，说明了ZmFKF1基因在玉米开花途径中发挥重要作用，首次报道了ZmFKF1基因在玉米开花途径中的调控作用，以期为玉米分子育种及遗传改良提供依据。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种玉米ZmFKF1基因，并进一步公开了其基因编辑突变体的制备与应用。

背景技术

玉米作为我国重要的粮食和饲料作物，在国民经济及人们日常生活中均具有重要的作用。但是，由于育种种质局限这一问题，使其在优良品种选育及提高产量方面仍面临巨大挑战。开花是植物生长过程的关键阶段，也是将热带玉米引种至温带种植实践过程中迫切要解决的问题。因此，研究参与玉米开花途径的关键基因进而对玉米植株的开花过程进行调控，对玉米分子育种、遗传改良具有重要意义。

FLAVINBINDING KELCH REPEAT F-BOX1(FKF1)属于ZTLs蓝光受体家族，是一个包含LOV域、F-box motif和Kelch重复结构三个功能域的蛋白。已有研究表明，FKF1在多种植物的开花过程中发挥重要作用。在模式植物拟南芥中，FKF1的作用机制研究的较为深入，主要是通过FKF1-GI-CDF1---CO-FT这条途径在光周期开花中起作用，即：FKF1的LOV结构域与GI互作形成复合体，其稳定性受蓝光调控；CDF1(CYCLING DOF FACTOR 1)是CO的转录抑制子，直接与CO的启动子结合，阻碍CO的表达，抑制开花；FKF1和GI都能与CDF1互作，这种互作会使CDF1在泛素-蛋白酶体系统的作用下降解，从而促进CO表达。而在长日条件下，由于FKF1和GI的表达是同步的，能够形成足够的FKF1-GI复合物，在白天即能激活CO的转录，又因CO蛋白的稳定性依赖于光，在光的存在下，傍晚时CO蛋白的积累可以达到峰值，作用于下游开花基因FLOWERING LOCUST(FT)，从而促进植株开花。另外，FKF1蛋白也能不依赖于与GI蛋白的互作，通过LOV域与CO蛋白互作使CO蛋白保持稳定。所以在拟南芥中，FKF1蛋白能够通过转录和翻译后的多种途径来调控CO的表达，进而促进FT的表达，并促进植株开花。在短日条件下，FKF1和GI的表达是不同步的，形成的FKF1-GI复合物较少，直到午夜CO的转录本的积累达到较高水平，但因为没有光，CO蛋白仍处于较低水平，导致下游FT的表达也处于较低水平，不能促进开花。同样的，在短日植物水稻中，OsFKF1也被发现并深入研究，并证明OsFKF1通过下调Ghd7和上调Ehd2这两个基因的表达，进而上调Ehd1的表达，Ehd1继续通过上调Hd3a/RFT1基因促进水稻的开花。但是，与拟南芥和水稻相比，玉米中克隆的开花基因相对较少，且大多数候选基因都是从同源分析获得。在玉米第10染色体的10.04区域、第9染色体的9.05区域和第4染色体的4.09区域存在与开花时间或是光周期相关的主效QTL。目前，第10染色体10.04区域内的ZmCCT能够极大地缩短开花时间，有效减弱玉米的光周期敏感性。赵淑靓等初步确定第9染色体9.05区域参与开花的候选基因ZmPRR73。而第4染色体的4.09区域的相关研究还未见报道，其中，ZmFKF1是位于该区域内可能与玉米开花相关的重要候选基因。之前，刘玲等开展了玉米光周期途径中蓝光响应节律基因ZmFKF1的分子进化与关联分析研究，但并未对ZmFKF1的具体作用进行深入研究。