一种提高小麦粒重相关蛋白Tc105及其基因和应用

摘要

本发明涉及基因工程领域，具体涉及一种提高小麦粒重相关蛋白Tc105及其基因和应用，所述蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。Tc105在未成熟种子等中特异表达，其在小麦种子发育过程发挥着重要的作用，对作物育种以及提高产量、加速分子育种进程，以及世界粮食安全具有十分重要的理论和实际意义。

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体涉及一种提高小麦粒重相关蛋白Tc105及其基因和应用。

背景技术

小麦是全球重要的粮食作物，粒重是小麦产量的构成因子之一，增加粒重对提高水稻产量具有重要作用。千粒重是小麦产量三要素之一,由粒长、粒宽和粒厚等要素组成,其高低与小麦产量直接相关。在小麦高产育种中,千粒重是人们关注的重要的目标性状之一。因此，通过现代分子生物学手段研究控制小麦籽粒大小的遗传基础、克隆粒重构成要素的相关基因、发掘优异等位变异并开发其功能标记对我国高产育种具有重要意义。

NAC转录因子家族是植物特有的一类转录因子，主要特征是其N端有一个保守的DNA结合域，称为NAC域，以及一个高度分化的C端。NAC转录因子能特异结合NACRS(NACrecognized sequence，核心序列:ACACGCATGTG)。水稻种子中NAC转录因子影响水稻的抗逆性、谷粒灌浆及产量。OsNAC9和OsNAC10两个基因可以改变水稻的根系结构，增强抗旱性。OsNAC23基因在受粉后3d和7d的水稻种子中特异表达，以其为诱饵通过酵母双杂交技术，调取到21个与之结合的蛋白，其中有2个谷蛋白编码基因。小麦NAM家族中多个基因影响种子谷粒蛋白含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物粒重相关蛋白Tc105。

本发明的再一目的是提供编码上述植物粒重相关蛋白Tc105的基因。

本发明的另一目的是提供包含上述基因的重组载体。

本发明的另一目的提供上述植物粒重相关蛋白Tc105的应用。

本发明的另一目的提供上述植物粒重相关蛋白Tc105编码基因的应用。

本发明的另一个目的是提供一种培育理想小麦株型的方法。

本发明所提供的粒重相关蛋白Tc105,长度328AA，来源于小麦S301，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

SEQ ID NO.1：

MADHLQVQQQHQHQLELPSGFRFHPTDEEIITSYLVPKVLNPTFTAIAIAEVDLNRNDPYELPKKAKMGEKEWYFYCQKDRKYPTGIQTNRATKAGYSKATGKDKELFHPLPTLIGMKKTLVFYKGRAPRGEKTNWVMHEYRLEISKQAAYGPSTAIAKAAAINASSKKERVVCKIFHKNIGVKKVVTPSYAMHMPMFIGGEQQQGSLNSCTFPPSMDYGASLSLAPPLFLSEDSSYQLHAARVGLAMTGSLVLPMVNNPHHEMMGGNPMVSYQQQQMMQMQMQMGADQCFMVGVEPGSESSSMVSREGVDRLGNNVQGNGATTTIDS

根据本发明的Tc105基因编码上述蛋白，可具有如SEQ ID NO.2所示核苷酸序列，Tc105开放阅读框(ORF)长度为987bp。

SEQ ID NO.2：

ATGGCAGACCACCTTCAAGTTCAACAACAACACCAACACCAACTAGAGCTCCCTTCGGGGTTTAGGTTCCACCCTACCGATGAGGAGATCATCACCTCGTACCTGGTCCCCAAGGTGCTCAACCCAACCTTCACCGCGATAGCGATCGCGGAGGTGGATCTGAATAGGAACGACCCGTATGAGCTCCCCAAGAAGGCAAAGATGGGGGAGAAGGAGTGGTACTTCTACTGTCAGAAGGACCGCAAGTATCCCACGGGGATACAGACCAACCGAGCCACGAAAGCCGGCTACTCGAAGGCCACTGGCAAGGACAAGGAGCTCTTCCACCCACTGCCCACTCTCATCGGCATGAAGAAGACGCTCGTGTTCTATAAGGGCAGGGCGCCTAGGGGGGAGAAGACCAACTGGGTCATGCACGAGTACAGGCTTGAGATCAGCAAGCAGGCTGCATATGGCCCATCTACCGCCATCGCCAAAGCTGCCGCCATTAATGCATCTTCCAAGAAGGAGCGAGTGGTTTGCAAAATCTTCCATAAGAACATTGGAGTCAAGAAGGTGGTGACCCCGTCGTACGCCATGCACATGCCCATGTTCATAGGAGGAGAGCAGCAACAGGGCTCCCTCAACTCATGTACGTTCCCGCCTTCCATGGACTACGGCGCATCGTTGTCGCTGGCGCCTCCGTTGTTTCTATCTGAAGATTCTTCGTACCAATTGCATGCCGCCAGAGTCGGCTTGGCGATGACGGGCAGCTTGGTGCTCCCCATGGTGAACAACCCCCACCACGAGATGATGGGCGGCAACCCAATGGTGTCCTACCAACAACAACAGATGATGCAGATGCAGATGCAAATGGGTGCAGACCAGTGCTTCATGGTTGGGGTTGAGCCTGGGAGCGAGTCGTCGTCCATGGTGTCCAGAGAGGGCGTTGACCGGCTGGGCAACAACGTCCAAGGCAATGGCGCCACAACAACCATTGACAGTTAA

本发明还提供了包含上述Tc105基因的重组表达载体。

本发明还提供了包含上述Tc105基因的重组细胞。

实验结果表明，利用小麦不同组织的特性，分析小麦Tc105在不同组织中的表达差异分析，发现Tc105在未成熟种子等中特异表达，其在小麦种子发育过程发挥着重要的作用。

根据本发明的新NAC基因Tc105的过量表达能够提高小千粒重增加，导致小麦产量增加达20％，因此，这对作物育种和农业生产会产生巨大推动作用和经济效益。

因此，本发明的Tc105基因可以作为在作物育种中的优质候选基因，对作物育种以及提高产量、加速分子育种进程，以及世界粮食安全具有十分重要的理论和实际意义。

附图说明

图1显示Tc105在不同组织表达模式；

图2-1显示过量表达OE-JING18转基因植株与对照的穗子对比；

图2-2显示过量表达OE-JING18转基因植株与对照的籽粒相比；

图2-3显示过量表达OE-JING18转基因植株与对照千粒重的比较

图2-4显示过量表达OE-JING18转基因植株与对照的产量对比。

具体实施方式

实施例1、Tc105基因的克隆及序列基序分析

小麦S301种植于北京田间，分别取开花后10天的根(root)，茎(stem)，叶(leaf)、种子(seed)和穗(spike)取样,迅速置于液氮冷冻，-80℃保存备用。根据RNA提取试剂盒(北京天根生化科技有限公司)完成植物叶片组织的总RNA提取，之后以提取的总RNA为模板，以Tc105-F1-F/R序列为引物，用反转录酶(M-MLV)进行反转录，得到用于后续实验的cDNA模板。设计一对引物：

Tc105-F1 ATGGCAGACCACCTTCAA

Tc105-R1 AATTGACAGTTACCAACAAC

本发明得到的基因Tc105的开放阅读框(ORF)长度987bp，编码328个氨基酸，该基因是一个编码NAC基因家族，与其它作物同源性极低，证明Tc105为首次在小麦中克隆一个新基因。

实施例2：Tc105不同组织表达特征分析。

如图1所示，对小麦S301分别取开花后10天的根(root)，茎(stem)，叶(leaf)、种子(seed)和穗(spike)取样，将上述各种胁迫处理材料的RNA反转录为cDNA，作为模板，利用RT-PCR分析不同组织的表达模式，综上所述Tc105基因在未成熟种子中高效表达，预示该基因可能在种子发育发挥着重要作用。

实施例3：Tc105转基因小功能鉴定

将Tc105构建到过量表达pCAMBIA3300载体中，利用农杆菌介导法，将该基因转化到京冬18中，目前已经获得T2代转基因株系(OE-18:OE-2,OE-3)，经过分子检测，获得阳性转基因植株，转Tc105基因株型小麦OE-2,OE-3等品系，3次重复，小区面积为0.02亩。如图2-1所示，过量表达OE-JING18转基因植株与对照穗子，转基因材料穗长明显提高；如图2-2所示，过量表达OE-JING18转基因植株与对照相比，籽粒明显增大；如图2-3所示，过量表达OE-JING18转基因植株与对照千粒重比较，千粒重明显增加20％以上；如图2-4所示，过量表达OE-JING18转基因植株与对照的产量比较，转基因材料产量提高达到20％以上。

因此，Tc105作为在作物育种以高产优质候选基因，对作物育种以及提高产量、加速分子育种进程、世界粮食安全具有十分重要的理论和实际意义。

序列表

<110> 北京市农林科学院

<120> 一种提高小麦粒重相关蛋白Tc105及其基因和应用

<160> 2

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 328

<212> PRT

<213> Triticum aestivuml.

<400> 1

Met Ala Asp His Leu Gln Val Gln Gln Gln His Gln His Gln Leu Glu

1 5 1015

Leu Pro Ser Gly Phe Arg Phe His Pro Thr Asp Glu Glu Ile Ile Thr

202530

Ser Tyr Leu Val Pro Lys Val Leu Asn Pro Thr Phe Thr Ala Ile Ala

354045

Ile Ala Glu Val Asp Leu Asn Arg Asn Asp Pro Tyr Glu Leu Pro Lys

505560

Lys Ala Lys Met Gly Glu Lys Glu Trp Tyr Phe Tyr Cys Gln Lys Asp

65707580

Arg Lys Tyr Pro Thr Gly Ile Gln Thr Asn Arg Ala Thr Lys Ala Gly

859095

Tyr Ser Lys Ala Thr Gly Lys Asp Lys Glu Leu Phe His Pro Leu Pro

100 105 110

Thr Leu Ile Gly Met Lys Lys Thr Leu Val Phe Tyr Lys Gly Arg Ala

115 120 125

Pro Arg Gly Glu Lys Thr Asn Trp Val Met His Glu Tyr Arg Leu Glu

130 135 140

Ile Ser Lys Gln Ala Ala Tyr Gly Pro Ser Thr Ala Ile Ala Lys Ala

145 150 155 160

Ala Ala Ile Asn Ala Ser Ser Lys Lys Glu Arg Val Val Cys Lys Ile

165 170 175

Phe His Lys Asn Ile Gly Val Lys Lys Val Val Thr Pro Ser Tyr Ala

180 185 190

Met His Met Pro Met Phe Ile Gly Gly Glu Gln Gln Gln Gly Ser Leu

195 200 205

Asn Ser Cys Thr Phe Pro Pro Ser Met Asp Tyr Gly Ala Ser Leu Ser

210 215 220

Leu Ala Pro Pro Leu Phe Leu Ser Glu Asp Ser Ser Tyr Gln Leu His

225 230 235 240

Ala Ala Arg Val Gly Leu Ala Met Thr Gly Ser Leu Val Leu Pro Met

245 250 255

Val Asn Asn Pro His His Glu Met Met Gly Gly Asn Pro Met Val Ser

260 265 270

Tyr Gln Gln Gln Gln Met Met Gln Met Gln Met Gln Met Gly Ala Asp

275 280 285

Gln Cys Phe Met Val Gly Val Glu Pro Gly Ser Glu Ser Ser Ser Met

290 295 300

Val Ser Arg Glu Gly Val Asp Arg Leu Gly Asn Asn Val Gln Gly Asn

305 310 315 320

Gly Ala Thr Thr Thr Ile Asp Ser

325

<210> 2

<211> 987

<212> DNA

<213> Triticum aestivuml.

<400> 2

atggcagacc accttcaagt tcaacaacaa caccaacacc aactagagct cccttcgggg 60

tttaggttcc accctaccga tgaggagatc atcacctcgt acctggtccc caaggtgctc 120

aacccaacct tcaccgcgat agcgatcgcg gaggtggatc tgaataggaa cgacccgtat 180

gagctcccca agaaggcaaa gatgggggag aaggagtggt acttctactg tcagaaggac 240

cgcaagtatc ccacggggat acagaccaac cgagccacga aagccggcta ctcgaaggcc 300

actggcaagg acaaggagct cttccaccca ctgcccactc tcatcggcat gaagaagacg 360

ctcgtgttct ataagggcag ggcgcctagg ggggagaaga ccaactgggt catgcacgag 420

tacaggcttg agatcagcaa gcaggctgca tatggcccat ctaccgccat cgccaaagct 480

gccgccatta atgcatcttc caagaaggag cgagtggttt gcaaaatctt ccataagaac 540

attggagtca agaaggtggt gaccccgtcg tacgccatgc acatgcccat gttcatagga 600

ggagagcagc aacagggctc cctcaactca tgtacgttcc cgccttccat ggactacggc 660

gcatcgttgt cgctggcgcc tccgttgttt ctatctgaag attcttcgta ccaattgcat 720

gccgccagag tcggcttggc gatgacgggc agcttggtgc tccccatggt gaacaacccc 780

caccacgaga tgatgggcgg caacccaatg gtgtcctacc aacaacaaca gatgatgcag 840

atgcagatgc aaatgggtgc agaccagtgc ttcatggttg gggttgagcc tgggagcgag 900

tcgtcgtcca tggtgtccag agagggcgtt gaccggctgg gcaacaacgt ccaaggcaat 960

ggcgccacaa caaccattga cagttaa 987