[发明专利]控制玉米籽粒灌浆的基因及编码产物、引物、载体和应用

说明书

本发明公开了控制玉米籽粒灌浆的基因及编码产物、引物、载体和应用。通过多种手段解析一份人工诱变玉米籽粒灌浆突变体的调控机制，克隆了调控玉米籽粒灌浆和籽粒大小的基因ZmGAMYB1，并解析其功能。ZmGAMYB1敲除，会导致其下游系列基因表达量改变，进而造成玉米籽粒灌浆加快，籽粒大小增加。同时，ZmGAMYB1敲除引起玉米幼苗对重金属砷的抗性增加。本发明利用基因敲除位点的特异检测引物，可跟踪检测ZmGAMYB1基因敲除情况。而该基因的敲除与玉米籽粒灌浆和籽粒大小性状以及玉米苗期对重金属砷的抗性性状相关联，可用于改良玉米籽粒灌浆特性、籽粒大小和重金属抗性，应用于玉米产量和重金属抗性提高的育种实践。

技术领域

本发明属于玉米遗传育种技术领域，具体涉及控制玉米籽粒灌浆的基因及 编码产物、引物、载体和应用。

背景技术

玉米(Zea may L.)作为世界上最重要的粮食、饲料和能源作物之一，在保障 世界粮食安全、促进经济发展及缓解能源危机等方面发挥着不可替代的作用。 籽粒是玉米生物学产量最重要的构成因子，而籽粒发育直接决定了籽粒产量。 研究表明，玉米籽粒发育是一个连续的生物学过程，涉及一系列复杂的生理生 化代谢，可以分为三个主要时期：(1)授粉后0-15天(0-15DAP)，该时期胚 和胚乳细胞快速分裂，主要完成胚和胚乳的细胞学构架，决定了光合产物的潜 在积累空间；(2)授粉后15-40天(15-40DAP)籽粒快速灌浆，在此期间的灌 浆速率高低决定光合产物积累的速度，有效灌浆时间则决定了光合产物积累的 时间；(3)授粉后40-70天(40-70DAP)是籽粒脱水成熟期，这一时期完成由 逐步衰老的叶片和茎转化而来的营养物质向籽粒的输送，籽粒生理成熟。

玉米籽粒发育过程由许多调控基因和功能基因构成的复杂调控网络进行控 制。通过多种基因之间的相互作用，影响玉米籽粒的细胞构架、灌浆速率、有 效灌浆时间等与籽粒发育直接相关的性状，从而造成不同品系材料之间籽粒产 量的差异。在玉米籽粒发育研究方面，现有技术利用农大108的双亲构建的重 组自交系群体进行了两年两点的QTL分析，鉴定出6个遗传稳定的籽粒发育相 关QTL；利用“永久F2”群体定位了33个遗传稳定的籽粒发育非条件QTL 和12个条件QTL。通过筛选籽粒发育突变体克隆了玉米2号染色体上的rgf1 基因，该基因主要通过减少淀粉积累造成籽粒饱满程度降低；该研究同时表明， 细胞快速分裂期(尤其是5-10DAP)的糖分吸收决定rgf1基因型玉米籽粒的发 育。通过突变体筛选和图位克隆，揭示了玉米Urb2基因的自然突变显著影响 籽粒长度和生物学产量。

玉米籽粒灌浆相关性状对籽粒大小的遗传改良和玉米单产水平的提高具有 重要意义。然而目前在玉米籽粒灌浆相关结构基因和非编码基因克隆方面仍较 为欠缺，亟待发掘籽粒灌浆相关基因的优异等位变异并探索其调控机制，进而 对玉米产量提高的育种实践提供理论和材料支撑。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种控制玉米籽粒灌浆的基因ZmGAMYB1，所述 基因ZmGAMYB1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

本发明的目的之二是提供所述控制玉米籽粒灌浆基因ZmGAMYB1的编码 产物，所述基因ZmGAMYB1编码产物的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。

本发明的目的之三是提供用于扩增所述控制玉米籽粒灌浆的基因 ZmGAMYB1的引物，外侧上游引物的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示，外侧下 游引物的核苷酸序列如SEQID NO.4所示，内侧上游引物的核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示，内侧下游引物的核苷酸序列如SEQ ID NO.6所示。

本发明的目的之四是提供用于表达所述控制玉米籽粒灌浆基因 ZmGAMYB1的基因编辑载体CRISPR/Cas9-ZmGAMYB1，所述基因编辑载体的 核苷酸序列含ZmGAMYB1基因的PAM碱基序列，可针对该基因进行编辑表达。

本发明的目的之五是提供利用所述基因编辑载体扩增的控制玉米籽粒灌浆 基因ZmGAMYB1基因编辑阳性克隆。