[发明专利]ZmCEP1基因在调控玉米籽粒发育中的应用

说明书

本发明公开了ZmCEP1基因在调控玉米籽粒发育中的应用。本发明提供如下1)‑3)中任一种物质在调控植物籽粒发育中的应用；1)蛋白ZmCEP1；2)编码蛋白ZmCEP1的DNA分子；3)含有编码蛋白ZmCEP1的DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌。本发明运用CRISPR‑Cas9的方法突变ZmCEP1基因，发现其能显著增加玉米籽粒的粒宽和百粒重。

技术领域

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种ZmCEP1基因在调控玉米籽粒发育中的应用。

背景技术

玉米是我国产量和播种面积均居第一的主要粮食作物，玉米是重要的粮食和饲料来源，同时也是重要的工业原料，在整个国民经济中有着十分重要的作用。由于人口的持续增加和耕地面积不断的减少，以及随着人们生活水平的不断提高，对肉类持续的增长，对玉米的需求将继续增加，如何快速提高玉米单位面积产量仍是一个重要的问题。传统的作物育种方式如今已经不能满足粮食增长的需求，运用分子生物学手段，寻找参与调控作物产量性状的相关基因，探究其功能，通过基因工程的手段对这些基因加以利用，将成为提高作物产量的主要方式。

高等植物的种子由胚胎、胚乳和种皮3部分组成(董庆坤and刘慧丽2015)，种子大小是一个复杂的农艺性状，受到诸如：遗传水平、激素浓度以及环境因素等多种因子调控。在遗传水平，种子大小通常由一系列基因或数量性状位点(QTL)调控，这些功能基因参与调节胚、胚乳和种皮的发育过程，调控胚细胞、胚乳细胞以及珠被细胞的增殖时期和伸长程度，影响植物种子的大小和作物产量(Fatihi et al.2013)。

水稻是禾本科作物研究的模式植物，因此，对水稻籽粒的大小和产量的研究具有重要的意义。在水稻中，籽粒的大小主要由籽粒的长度、宽度、厚度和充实度等因素控制，籽粒的大小是决定产量高低的重要农学性状。目前在水稻中已鉴定和克隆出影响籽粒大小的基因包括GS3、GW2、GW5、GIF1、GS5、GW8、qSW5、qGL3、TGW6、WTG1和GGC2等(Xing and Zhang2010,Huang et al.2017,Liu et al.2017,Sun et al.2018)。

玉米的产量构成因子主要有每亩有效果穗数、穗粒数和百粒重三要素组成(Qinet al.2015)。其中，百粒重具有较高的遗传力，是玉米育种过程中的重要选择性状。而百粒重是受粒长、粒宽和粒厚三个籽粒次级性状的影响。在玉米中，利用突变体分析和同源基因克隆等策略，鉴定了一些控制籽粒发育相关基因，包括CNR(Cell Number Regulator)、Dek35、UBL1、ZmPLA1和DA1(Xie et al.2017)等(Guo et al.2010,Chen et al.2017,Li etal.2017,Sun et al.2017)

种子的大小同时也受到植物激素的影响。传统的植物激素主要是指生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯和油菜素内酯等，他们对植物的生长、发育、衰老、休眠、抗逆性具有极其重要的作用。最新研究发现，植物多肽激素同样也参与了植物生长和发育等不同方面的调控(Butenko et al.2009)。植物多肽激素是一类经剪切后形成具有特殊功能的、成熟的多肽，长度一般为20个氨基酸左右，少数为120个氨基酸左右。植物多肽激素在细胞与细胞之间信息传递发挥着重要作用。自1991年，PEARCE等人在番茄中发现一个植物多肽激素后，植物多肽激素的研究取得了不断的突破，新的多肽激素不断的被发掘出来。但是在玉米中对于多肽激素的研究鲜有报道(Sui et al.2016)。

发明内容

本发明的一个目的是提供如下1)-3)中任一种物质的用途。

本发明提供了如下1)-3)中任一种物质在调控植物籽粒发育中的应用：

1)蛋白ZmCEP1；

2)编码蛋白ZmCEP1的DNA分子；

3)含有编码蛋白ZmCEP1的DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌；