[发明专利]Zm00001d042263基因在调控玉米气孔发育中的应用

说明书

本发明涉及玉米基因工程技术领域，具体涉及Zm00001d042263基因在调控玉米气孔发育中的应用。所述的调控是指使玉米气孔密度和导度降低。所述应用包括：1)抑制玉米Zm00001d042263基因的活性；2)降低玉米表达Zm00001d042263基因编码的蛋白。通过抑制所述Zm00001d042263基因活性来可以制备耐旱、耐病玉米转基因玉米，对于探索玉米气孔的发育机制、改良玉米的抗病抗逆性、提高玉米水分利用效率等方面具有重要的理论意义和实际应用价值。

技术领域

本发明涉及玉米基因工程技术领域，具体涉及Zm00001d042263基因在调控玉米气孔发育中的应用。

背景技术

气孔是植物与外界环境进行气体交换的重要孔径，由两个保卫细胞和临近两个副卫细胞控制张开或关闭的过程决定了气孔动力学的能力。气孔运动导致植物与外界环境能够进行水分和CO₂的交换，由此气孔复合体的正确形成对植物生长发育至关重要。

玉米属于禾本科单子叶植物，与以拟南芥为主的双子叶植物的气孔复合体相比较具有较大的不同，拟南芥气孔复合体由一对肾形的保卫细胞组成，而玉米气孔复合体由一对哑铃形的保卫细胞和其临近两侧倒三角状的副卫细胞组成。而这种结构上的不同也导致单双子叶植物在气孔发育过程和气孔动力学能力上存在较大的差异，因此对气孔复合体发育相关基因的研究具有十分重要的意义。

气孔复合体发育过程中受到多种外部因素和内在因子的影响。外部因素主要包括光照、温度、湿度、CO₂浓度等，内在因子主要是体内的各类激素和其他分子，包括分泌肽、受体、激酶、转录因子等。研究气孔发育过程的调控机制，能够使我们更好的理解气孔对于玉米抗逆性、适应性方面的重要作用，可为植物新品种培育及植物抗逆适应与改良提供新的途径和思路。

发明内容

本发明的目的之一在于提供Zm00001d042263基因(https://www.maizegdb.org/)在调控玉米气孔发育中的应用。该基因编码一个bHLH型转录因子，参与调控了气孔发育过程中保卫细胞母细胞纵向对称分裂后保卫细胞的形态建成，最终形成哑铃形的保卫细胞，从而形成完整的气孔复合体。具体而言，该基因参与调控了保卫细胞后期的形态建成，使其能够形成正常的哑铃形同时具有生物学功能的保卫细胞。

进一步的，所述的调控是指使玉米气孔密度和导度降低。所述应用包括：

1)抑制玉米Zm00001d042263基因的活性；或

2)降低玉米表达Zm00001d042263基因编码的蛋白。

Zm00001d042263突变(通过EMS诱变、转座子插入或基因编辑等技术手段)失活后，即玉米Zm00001d042263基因无法表达或蛋白翻译错误后，突变体(玉米Zm00001d042263基因突变体，即缺失玉米Zm00001d042263基因，本申请中命名为bzu5(bizui5)植株中保卫细胞绝大部分异常和副卫细胞部分异常的表型，保卫细胞形态建成出现异常，绝大部分不能形成哑铃形保卫细胞，只能形成不规则棒状保卫细胞，丧失正常生物学功能，从而减弱气孔动力学能力，导致玉米气孔密度和导度降低。

本发明的目的之三在于提供通过抑制所述Zm00001d042263基因活性来制备耐旱、耐病玉米转基因玉米的方法，通过基因沉默、基因抑制、基因敲除或定向基因突变技术使玉米中的Zm00001d042263基因失活，Zm00001d042263基因编码的蛋白水平降低，使玉米气孔密度降低。气孔密度和导度的降低，有利于减少水分的散失，从而提高玉米的水分利用效率，而在不显著影响CO₂吸收的前提下能够大大提高植物的碳同化能力。另一方面在面对外界生物胁迫的时候多是利用气孔的关闭进行防御，气孔密度和导度的降低间接的阻止病原菌通过气孔进入玉米体内造成更大的伤害，从而使玉米能够更好的抵御外界生物胁迫，提高植物的耐病性，最终获得植物抗性改良提升的植物新品种。