[发明专利]控制水稻库源流关键基因SEM1的克隆及其应用

说明书

本发明公开了一种控制水稻库源流关键基因SEM1的克隆及其应用。本发明提供了供了如下1)‑3)中任一种物质在调控植物蔗糖含量和/或调控植物植物光合作用中的应用：1)蛋白SEM1；2)编码蛋白SEM1的DNA分子；3)含有编码蛋白SEM1的DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌；本发明提供的SEM1基因与其编码的蛋白能够显著提高水稻的产量。将本发明所提供的SEM1基因导入突变体中，获得转基因水稻，使其库源流效率明显高于突变体。说明本发明对培育高光效水稻新材料具有重要的理论及实际意义。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，具体来说，本发明涉及控制水稻库源流关键基因SEM1的克隆及其应用。

背景技术

水稻产量提高过程，实质上是“源、库、流”性状的遗传改良与新型“库、源、流”平衡关系不断建立的过程；叶片是主要源器官，是植物利用光能、合成光合产物的重要场所，水稻叶片的早衰与库、源、流不协调关系密切；库性状主要表现为单位面积的颖花数和籽粒容重，包括有效穗、穗粒数和千粒重等性状。茎和穂茎的维管束和韧皮部细胞的数量和面积通常被作为流性状。在不同环境条件下，源库流都有可能成为水稻产量的限制因素，但是目前研究多集中在单一性状如叶片早衰、有效穗、穗粒数、千粒重等性状的遗传研究和基因功能解析，对“源、库、流”多性状的突变体及相关基因功能报道较少。

蔗糖作为一种非还原糖，是大多数高等植物的主要光合同化产物。光合作用产生的蔗糖除了部分维持光合组织自身的代谢外，大部分通过韧皮部长距离运输到其他组织进行代谢或储存。由于蔗糖具备以下四点优势：(1)在细胞质中溶解度大；(2)粘度低，流速快；(3)化学性质稳定；(4)渗透势很高，因此蔗糖能够成为高等植物光合同化产物从“源”到“库”转运的主要形式。这个过程包括蔗糖在源叶器官中的装载、长距离运输和在库器官中的卸载三个连续的阶段。植物光合作用主要产物蔗糖从“源”(叶)到“库”(种子)的长距离运输是通过茎秆韧皮部进行的。因此挖掘控制“源、库、流”多性状关键基因，并研究其遗传机理，分析基因多样性和应用价值，对解析水稻产量形成的遗传基础具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种与水稻源库流相关的蛋白质及其基因，以及由此获得的转基因植物细胞，和利用所述基因对水稻“源、库、流”进行改造的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种从水稻源库流受阻突变体sem1中克隆的新基因SEM1。

本发明提供一种来源于水稻的蛋白，命名为SEM1，所述SEM1蛋白质为如下A1)、A2)或A3)的蛋白质：

A1)氨基酸序列是序列表中序列2的蛋白质；

A2)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与A1)所示的蛋白质具有90％以上的同一性且与植物产量和/或植物蔗糖运输能力相关的蛋白质；

A3)在A1)或A2)的N末端或/和C末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。

上述蛋白质中，序列表中的序列2由1909个氨基酸残基组成。

上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

上述蛋白质中，所述蛋白标签(protein-tag)是指利用DNA体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为Flag标签、His标签、MBP标签、HA标签、myc标签、GST标签和/或SUMO标签等。