[发明专利]与玉米籽粒发育相关的bZIP转录因子、其编码基因及其基因表达

说明书

技术领域

本发明涉及与玉米籽粒发育相关的13个新的bZIP转录因子及其编码基因，并提供了这些转录因子基因在籽粒发育过程中的表达特征。

技术背景

玉米(Zea mays L.)，又称苞米，是世界上第三大粮食作物，播种面积仅次于水稻和小麦。从2000年起，玉米的总产量和单产量均居第一位。玉米不仅是高产的粮食作物，也是营养丰富的饲料作物和良好的工业原料作物。玉米籽粒是玉米最主要的生产性状。除了能为人们提供粮食来源外，实际上也是重要的繁殖器官，是禾本科种子发育研究的重要模型。玉米籽粒的发育是从受精开始的，通过双受精过程，从花粉管尖端释放出的一个精子与卵细胞融合，形成二倍体的合子，发育成胚；另一个精子与两个极核融合后发育成三倍体的胚乳。在整个发育过程中，籽粒经过早期胚胎发生、成熟以及休眠，然后在适当的温度和水份条件下，开始萌发。

从分子生物学的角度来说，籽粒的发育和萌发是一个有次序的、选择性的基因表达过程，而转录因子在这一过程中起到了关键性的作用。转录因子(transcription factor)也称为反式作用因子(trans-acting factor)，是一类能够与真核基因启动子区顺式作用元件(cis-acting factor)特异性结合的DNA结合蛋白。通过转录因子与顺式作用元件之间以及它们和其他相关蛋白之间的相互作用，转录因子能够激活或抑制下游基因的转录。根据转录因子DNA结合域的保守性，典型的植物转录因子常包括bZIP结构域、锌指(Zinc-Finger)结构域、MADS结构域、MYC结构域、MYB结构域、Homeo结构域、bHLH(碱性螺旋-环-螺旋)结构域及AP2/EREBP结构域等。

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper，bZIP)蛋白是真核生物的转录因子中最大且最保守的一类转录因子，该类转录因子的共同特点是：(1)含有与特异DNA序列相结合的碱性结构域；(2)参与寡聚化作用的亮氨酸拉链区与碱性区紧密相连；(3)转录因子的N-末端含有酸性激活区；(4)以二聚体的形式结合DNA，肽链N-末端的碱性区与DNA直接结合。在高等植物中，bZIP蛋白与种子贮藏基因表达、光形态发生及器官建成的控制相关。

在玉米籽粒中，关于bZIP类转录因子的研究相对较少。作为玉米籽粒中研究的最透彻的一种编码bZIP转录因子的基因，Opaque2(O2)基因不仅调控玉米重要的贮藏蛋白，如α-醇溶蛋白的特异性表达，同时还调节玉米b-32，cyPPDK1基因的表达。此外，玉米中其它的bZIP转录因子也有少量研究，如OBF3.1和OBF3.2与小麦的HBP-1b同源，在种子萌发的初期表达，调控细胞周期相关的组氨酸基因(Rhonda等，1993；Tetsuya等，1991)；与小麦EmBP-1同源的mEmBP-1虽然在胚乳中表达量很低，但仍能识别22kDaα-醇溶蛋白启动子区域的O2-box(Leslie等，2004)；在种子脱水过程中，ABI能调节ABA应答基因的表达(Niu等，2002)。这些研究都表明，bZIP转录因子对高等植物基因表达与调控十分重要。

然而，在玉米中，特别是玉米籽粒中，仍有大量的bZIP转录因子还没有被发现和深入研究。新的转录因子的发现和研究，将对基因工程改造玉米籽粒性状提供重要帮助。随着模式植物拟南芥和水稻基因组的测序完成，人们对转录因子的研究已经从单个基因层面转移到了基因组层面。Riechmann(2000)的研究表明在拟南芥基因组中约有6％的基因是编码转录因子的，Duan(2005)的研究也显示在水稻种子中特异表达的转录因子有135个。为解析玉米籽粒发育过程中的基因表达调控，以及这些转录因子的基因工程应用提供了基础。

发明内容

本发明的目的之一在于提供与玉米籽粒发育相关的13个新的bZIP类转录因子，命名为MSBZIP(Maize Seed bZIP)1-13。

本发明的目的之二在于提供该转录因子的编码基因。

本发明的目的之三在于提供该转录因子在玉米籽粒发育过程中的表达。

为达到上述目的，本发明借助基因组学研究思路，采用了玉米籽粒全发育阶段的转录组学分析，系统发掘了在籽粒发育过程中特异表达的转录因子，总共提供了13个新的bZIP转录因子基因，并对它们的表达特征进行了分析。

本发明采用如下的技术方案：