本發(fā)明屬于植物基因工程領(lǐng)域，涉及一個玉米籽粒大小基因zmtrx1的克隆與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、玉米(zea?mays)作為全球重要的糧食作物，具有極高的經(jīng)濟和生態(tài)價值，其籽粒中含70％的淀粉、10％的蛋白質(zhì)、4％的油分，這些組分不僅為種子萌發(fā)和早期幼苗生長提供關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)，而且還為動物飼料和乙醇生產(chǎn)提供主要的原料來源。籽粒發(fā)育是一個復雜的生物學過程，受到遺傳和環(huán)境多重因素的影響，其籽粒發(fā)育過程直接關(guān)系到產(chǎn)量和品質(zhì)。研究玉米籽粒大小和組分的關(guān)鍵在于深入理解其發(fā)育機制，從而提升產(chǎn)量與品質(zhì)，對于糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

2、玉米在胚胎開始形成初步結(jié)構(gòu)時，胚乳也隨之發(fā)育，為胚胎提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)。胚胎發(fā)育過程中，細胞分裂和擴展促進了根、莖和葉等部分的形成。胚乳是玉米籽粒中負責儲存養(yǎng)分的部分，對整個籽粒的生長至關(guān)重要。在胚乳發(fā)育階段中，胚乳細胞迅速增殖，并積累淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等儲能物質(zhì)。在籽粒膨大階段，隨著胚乳的快速生長，籽粒體積顯著增加，細胞不斷地擴展和分化。籽粒在水分和養(yǎng)分充足的條件下快速膨脹，最終形成完整的籽粒結(jié)構(gòu)。進入成熟期時，胚乳的營養(yǎng)供應(yīng)逐漸減少，籽粒的水分含量下降，通常低于30％。這一過程中，胚乳逐漸干燥，表皮變硬，標志著籽粒成熟的開始。成熟籽粒的顏色通常會變深，外殼變得更加堅硬。

3、玉米籽粒的發(fā)育涉及三個關(guān)鍵過程：胚胎發(fā)育、胚乳細胞分化以及儲存物質(zhì)的積累，這些過程都受到眾多基因的調(diào)控。玉米籽粒突變體根據(jù)發(fā)生缺陷的部位大致分為以下幾類：胚缺陷突變體，胚乳缺陷突變體，胚和胚乳均異常突變體，穗發(fā)芽突變體。其中胚和胚乳均異常突變體包括：小籽粒(small?kernel)、缺陷籽粒(defective?kernel)和空果皮(empty?percarp)。目前，研究人員已經(jīng)克隆了眾多與籽粒發(fā)育相關(guān)的基因。例如已經(jīng)確定了幾個控制玉米籽粒發(fā)育的基因及其生物學作用,例如zmppr蛋白通過影響光合作用來減輕籽粒重量；zmexpb15通過與zmnac11/29互作，促進核細胞消除，從而控制籽粒的大小和重量。此外，還有控制籽粒發(fā)育基因zmgras11、opaque2、smk11、crk2、dek、hsp90.6和tada1已經(jīng)被揭示。因此，揭示控制玉米籽粒大小和重量基因的遺傳基礎(chǔ)，并深入了解產(chǎn)量相關(guān)性狀背后的分子機制至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種與玉米籽粒大小相關(guān)的蛋白及其編碼基因與應(yīng)用。

2、本發(fā)明首先保護zmtrx1蛋白的應(yīng)用，可分為s1)或s2)：

3、s1)調(diào)控植物籽粒大??；

4、s2)培育籽粒大小改變的轉(zhuǎn)基因植物。

5、上述應(yīng)用中，所述zmtrx1蛋白來源于玉米屬的玉米(zea?mays?l.)，是如下a1)或a2)或a3)：

6、a1)氨基酸序列是seq?id?no：3所示的蛋白質(zhì)；

7、a2)在seq?id?no：3所示的蛋白質(zhì)的n端或/和c端連接標簽得到的融合蛋白質(zhì)；

8、a3)將seq?id?no：3所示的氨基酸序列經(jīng)過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加得到的與植物籽粒大小相關(guān)的蛋白質(zhì)。

9、其中，seq?id?no：3由1025個氨基酸殘基組成。

10、為了使a1)中的蛋白質(zhì)便于純化，可在seq?id?no：3所示的蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如表1所示的標簽。

11、表1.標簽的序列

12、 標簽 殘基 序列 poly-arg 5-6(通常為5個) rrrrr flag 8 dykddddk strep-tag?ii 8 wshpqfek c-myc 10 eqkliseedl

13、上述a3)中的蛋白質(zhì)，所述一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加為不超過10個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加。

14、上述a3)中的蛋白質(zhì)可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進行生物表達得到。

15、上述a3)中的蛋白質(zhì)的編碼基因可通過將seq?id?no：2所示的dna序列中缺失一個或幾個氨基酸殘基的密碼子，和/或進行一個或幾個堿基對的錯義突變，和/或在其5′端和/或3′端連上表1所示的標簽的編碼序列得到。

16、本發(fā)明還保護編碼所述zmtrx1蛋白的核酸分子的應(yīng)用，可為s1)或s2)：

17、s1)調(diào)控植物籽粒大小；

18、s2)培育籽粒大小改變的轉(zhuǎn)基因植物。

19、上述應(yīng)用中，所述編碼zmtrx1蛋白的核酸分子可為如下b1)或b2)或b3)或b4)或b5)所示的dna分子：

20、b1)編碼區(qū)是seq?id?no：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)與b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且編碼所述trx1蛋白的dna分子；

24、b5)在嚴格條件下與b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列雜交，且編碼所述zmtrx1蛋白的dna分子。

25、其中，所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因組dna或重組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3078個核苷酸組成，seq?id?no：2的核苷酸編碼seq?id?no：3所示的氨基酸序列。

27、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很容易地采用已知的方法，例如定向進化和點突變的方法，對本發(fā)明的編碼zmtrx1蛋白的核苷酸序列進行突變。那些經(jīng)過人工修飾的，具有與本發(fā)明分離得到的所述zmtrx1蛋白的核苷酸序列75％或者更高同一性的核苷酸，只要編碼所述zmtrx1蛋白，均是衍生于本發(fā)明的核苷酸序列并且等同于本發(fā)明的序列。

28、這里使用的術(shù)語“同一性”指與天然核酸序列的序列相似性。“同一性”包括與本發(fā)明的編碼seq?id?no：3所示的氨基酸序列組成的zmtrx1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計算機軟件進行評價。使用計算機軟件，兩個或多個序列之間的同一性可以用百分比(％)表示，其可以用來評價相關(guān)序列之間的同一性。

29、上述任一所述的應(yīng)用中，所述調(diào)控植物籽粒大小可為增加籽粒大小或減少籽粒大小。

30、上述任一所述的應(yīng)用中，所述培育籽粒大小改變的轉(zhuǎn)基因植物可為培育增加籽粒大小的轉(zhuǎn)基因植物或培育減少籽粒大小的轉(zhuǎn)基因植物。

31、本發(fā)明還保護一種培育轉(zhuǎn)基因植物的方法，可包括如下步驟：降低出發(fā)植物中所述zmtrx1蛋白的表達量和/或活性，得到轉(zhuǎn)基因植物；與出發(fā)植物相比，轉(zhuǎn)基因植物的籽粒大小變小。

32、上述方法中，所述“降低出發(fā)植物中所述zmtrx1蛋白的表達量和/或活性”可通過rna干擾、同源重組、基因定點編輯等本領(lǐng)域熟知的方法，達到降低出發(fā)植物中所述zmtrx1蛋白的表達量和/或活性的目的。

33、上述方法中，所述“降低出發(fā)植物中所述zmtrx1蛋白的表達量和/或活性”具體可通過向出發(fā)植物中導入植物基因組編輯的載體實現(xiàn)；

34、所述植物基因組編輯的載體含有sgrna編碼基因；

35、所述sgrna在植物中識別的靶標dna為編碼所述zmtrx1蛋白的dna片段。

36、上述方法中，所述植物基因組編輯的載體還可含有cas9蛋白的編碼基因。