[发明专利]水稻组蛋白甲基转移酶及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明属于生物基因工程技术领域，具体涉及一种与水稻表观遗传学调控相关的组蛋白甲基转移酶及其编码基因与应用。

背景技术

与可以活动的动物不同，营固着生长的植物其生长发育和环境应答等过程都与基因的转录表达调控密切相关。基因的转录表达调控除了受转录因子等遗传因素影响外还受到遗传辅因子等表观遗传因子的调控。近几年，表观遗传学（epigenetics）已然成为生命科学研究的热点领域。在基因组中除了DNA序列，还有许多调控基因的信息，它们本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，从而影响和调节基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖遗传下去。组蛋白，作为染色质基本单位--核小体的核心组成部分，其特定位点的赖氨酸甲基化修饰是重要的表观遗传学修饰之一。一般认为，组蛋白H3N末端第9、27位赖氨酸（H3K9和H3K27）、组蛋白H4N末端第20位赖氨酸（H4K20）与转录抑制相关，组蛋白H3N末端第4和36位赖氨酸（H3K4和H3K36）与转录激活相关。

与基因转录激活相关的组蛋白H3N末端4位赖氨酸（H3K4）的甲基化，通常被认为具有重要的生物学功能。然而其对植物生长发育的调控作用的研究近两年才刚刚开始。与真菌和动物中仅存在一个或几个组蛋白H3K4甲基转移酶(histonelysinemethyltransferase，HMTase)不同，植物中一般存在多个H3K4甲基转移酶。根据chromDB(http://www.chromdb.org/)的注释，在拟南芥基因组中有12个基因编码的蛋白质与真菌和动物中的H3K4甲基转移酶同源。已有研究表明，组蛋白H3K4甲基化修饰在植物生长发育过程中起着至关重要的作用。其中，SDG2是主效的H3K4甲基转移酶，sdg2突变体表现出植株矮小、纯合不育、雌雄配子体发育异常等多效性的表型（Berr,A,McCallum,E.J,Menard,R,Meyer,D,Fuchs,J,Dong,A.andShen,W-H.ArabidopsisSETDOMAINGROUP2isrequiredforH3K4trimethylationandiscrucialforbothsporophyteandgametophytedevelopment.PlantCell,22,3232-3248.）。sdg2突变体除了表现出育性相关表型，还具有多种表型，包括昼夜节律紊乱，激素应答缺陷等。进一步研究表明，SDG2还通过参与拟南芥主根干细胞的维持和侧根干细胞的形成，从而调控拟南芥根的生长发育（Yao,X.,Feng,H.,Yu,Y.,Dong,A.,andShen,W.-H..SDG2-MediatedH3K4MethylationIsRequiredforProperArabidopsisRootGrowthandDevelopment.PLoSOne,8,e56537.）。

拟南芥SDG2对生长发育的影响让我们思索水稻中它们的同源物是否具有同样重要的功能。与双子叶植物拟南芥不同，水稻是单子叶植物的一个典型代表。双子叶和单子叶植物,虽然可能基因间具有比较高的保守性,但它们的生长发育的调控机制可能存在很大差异。由于水稻生命周期长等原因,相关研究相对于拟南芥来说还相当滞后，水稻中组蛋白H3K4甲基化修饰的研究目前还很少。而研究水稻的价值，不仅在于它巨大的经济价值，还在于它是研究同为单子叶禾本科植物玉米、小麦、高粱等其他作物的理想模型。可以为我国的水稻分子育种提供理论基础和种质资源。

发明内容

本发明的目的是提供一个来源于水稻的组蛋白甲基转移酶及其编码基因与应用。

本发明所提供的组蛋白甲基转移酶，名称为SDG701，来源于水稻（Oryzasativassp.japonica），是下述氨基酸残基序列之一：

（1）序列表中的SEQIDNo:1；

（2）将序列表中的SEQIDNo:1的氨基酸残基序列经过一至五十个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且对植物的生长发育具有调控作用的蛋白质。

序列表中的SEQIDNo:1由2216个氨基酸残基组成。

编码本发明组蛋白甲基转移酶的基因（SDG701），是下述核苷酸序列之一：

（1）序列表中的SEQIDNo:2的核苷酸序列；

（2）编码序列表中的SEQIDNo:1蛋白质序列的DNA；

（3）与序列表中的SEQIDNo:2限定的核苷酸序列具有90％以上同源性且编码相同功能蛋白质的核苷酸序列；