糊粉層特異表達的、調(diào)節(jié)植物種子大小及淀粉品質(zhì)的基因及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于植物學(xué)和基因工程領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及糊粉層特異表達的基 因及其應(yīng)用，調(diào)控植物種子直鏈淀粉及其種子大小的基因及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 胚乳是谷物的主要儲藏器官,發(fā)現(xiàn)胚乳發(fā)育不同時期和各種組織中特異的啟動子 有助于改良品種。水稻胚乳表層形成糊粉層，在種子發(fā)育過程中，糊粉層將灌漿物質(zhì)轉(zhuǎn)運到 胚和胚乳細胞內(nèi)部；種子萌發(fā)時，糊粉層分泌水解酶水解胚乳細胞中貯藏的淀粉和蛋白從 而發(fā)揮重要的功能。糊粉層細胞的特點使其成為研究熱點。
[0003] 目前,水稻中還沒有糊粉層特異表達的基因報道。目前雖然發(fā)現(xiàn)了一些可在糊 粉層中表達的基因，但這些基因也在其他組織或部位表達。例如，pRINOl (Yoshida, K. T.et a:[·，1999, Plant Phys iology 119,65-72.)和 ABA 誘導(dǎo)的三個基因 Rabl6A, REG2, 0SBZ8(Miyoshi, K. Et al. , 1999, Plant and Cell Physiology 40, 443-447.) 不僅在糊粉層表達，在胚中也有表達。一個谷蛋白編碼基因 GluDl在胚和胚乳中都有表達 (Kawakatsu, T. Et al. , 2008, Journal of Experimental Botany 59, 4233-4245.)0
[0004] 淀粉作為水稻胚乳的主要組成成分，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈淀粉含量 直接影響稻米的蒸煮食用品質(zhì)，是國內(nèi)外衡量稻米品質(zhì)的一個主要指標(biāo)。直鏈淀粉含量低， 則米飯的粘性好、味道佳。因此，發(fā)現(xiàn)調(diào)控直鏈淀粉含量的基因?qū)Ω牧嫉久灼焚|(zhì)有重要意 義。
[0005] 此外，為了對水稻等作物進行品種改良,迫切需要開發(fā)能夠在種子等部位特異性 表達的啟動子，以便更有效和便捷地對作物進行改良。
[0006] 綜上所述,本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)能夠在糊粉層特異表達的和/或調(diào)節(jié)植物種子淀 粉品質(zhì)的基因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種能在糊粉層特異表達、調(diào)節(jié)植物種子直鏈淀粉含量以及 植物種子大小的基因及其應(yīng)用。
[0008] 在本發(fā)明的第一方面,提供了一種啟動子元件,所述啟動子元件選自下組：
[0009] (a)核苷酸序列如SEQ ID NO: 4所示的多核苷酸；
[0010] (b)核苷酸序列與SEQ ID NO: 4所示序列的同源性彡70 % (較佳地彡80 %、 > 90%、> 95%或> 98% ),且具有在植物糊粉層特異啟動功能的啟動子活性的多核苷 酸；
[0011] (C)如SEQ ro N0:4所示多核苷酸的5'端和/或3'端截短1-60個（較佳地1-30 個,更佳地1-6個）核苷酸,且具有植物糊粉層特異啟動功能的啟動子活性的多核苷酸。
[0012] 在另一優(yōu)選例中，所述的啟動子元件是植物糊粉層特異性表達的啟動子。
[0013] 在另一優(yōu)選例中,所述的啟動子是水稻糊粉層特異性表達的啟動子。
[0014] 在本發(fā)明的第二方面，提供了一種構(gòu)建物，所述構(gòu)建物含有外源基因以及與外源 基因可操作連接的本發(fā)明第一方面所述的啟動子元件。
[0015] 在本發(fā)明的第三方面，提供了一種表達盒,所述表達盒從5'至3'依次具有下述元 件：本發(fā)明第一方面所述的啟動子元件、外源基因 ORF序列和終止子。
[0016] 在本發(fā)明的第四方面，提供了一種載體，所述載體含有本發(fā)明第一方面所述的啟 動子元件、或本發(fā)明第四方面所述的表達盒。
[0017] 在本發(fā)明的第五方面,提供了一種宿主細胞,所述宿主細胞含有本發(fā)明第四方面 所述的載體、或其染色體上整合有外源的本發(fā)明第一方面所述的啟動子元件、或其染色體 整合有本發(fā)明第三方面所述的表達盒。
[0018] 在另一優(yōu)選例中,所述的細胞包括糊粉層細胞。
[0019] 在本發(fā)明的第六方面，提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的啟動子元件、本發(fā)明 第二方面所述的構(gòu)建物或本發(fā)明第三方面所述的表達盒的用途,用于特異性調(diào)控外源基因 在植物糊粉層的表達。
[0020] 在另一優(yōu)選例中，所述的植物選自下組：禾本科植物、茄科植物、大戟科植物。較佳 地,所述植物選自：水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、木薯。
[0021] 在本發(fā)明的第七方面,提供了一種在糊粉層特異性表達外源基因的方法,所述方 法包括以下步驟：
[0022] (a)提供一構(gòu)建物，所述構(gòu)建物含有外源基因以及與該外源基因可操作連接的本 發(fā)明第一方面所述的啟動子元件；
[0023] (b)將步驟（a)得到的構(gòu)建物導(dǎo)入植物細胞,獲得轉(zhuǎn)化的植物細胞；
[0024] (C)將步驟（b)中轉(zhuǎn)化的植物細胞再生成植株，從而使所述外源基因在植物糊粉 層特異性表達。
[0025] 在另一優(yōu)選例中,所述的植物包括水稻。
[0026] 在本發(fā)明的第八方面,提供了一種制備轉(zhuǎn)基因植物的方法,所述方法包括以下步 驟：
[0027] (a)提供一植物細胞，所述植物細胞含有本發(fā)明第四方面所述載體、或其染色體整 合有本發(fā)明第一方面所述啟動子、或其染色體整合有本發(fā)明第三方面所述表達盒；
[0028] (b)將（a)的植物細胞再生為植株,從而獲得轉(zhuǎn)基因植物。
[0029] 在另一優(yōu)選例中,所述的植物包括水稻。
[0030] 在另一優(yōu)選例中，在步驟（a)中所述的植物細胞是如下制備的：
[0031] (i)提供攜帶表達載體的農(nóng)桿菌，所述的表達載體含有本發(fā)明第二方面所述的構(gòu) 建物（construct)；
[0032] (ii)將植物的細胞或組織或器官與步驟⑴中的農(nóng)桿菌接觸,從而使所述的構(gòu)建 物轉(zhuǎn)入植物細胞。
[0033] 在本發(fā)明的第九方面,提供了一種植物愈傷組織或植物體細胞胚胎,所述植物愈 傷組織或植物體細胞胚胎包下述植物細胞或由下述植物細胞構(gòu)成：所述植物細胞含有本發(fā) 明第四方面所述的載體、或其染色體整合有本發(fā)明第一方面所述的啟動子元件、或其染色 體整合有本發(fā)明第三方面所述的表達盒。
[0034] 在另一優(yōu)選例中,所述的植物包括水稻。
[0035] 在本發(fā)明的第十方面，提供了一種OsNF-YBl基因、OsNF-YBl蛋白或其活性片段、 或OsNF-YBl的拮抗劑、或OsNF-YBl的激動劑的用途，它們被用于調(diào)控植物（尤其是種子） 的淀粉品質(zhì)及其種子大小。
[0036] 在另一優(yōu)選例中,所述調(diào)控植物的淀粉品質(zhì)是指調(diào)控植物種子中的直鏈淀粉含量 和/或調(diào)控植物種子中支鏈淀粉含量。
[0037] 在另一優(yōu)選例中，所述的直鏈淀粉含量為種子中直鏈淀粉占總淀粉的重量百分 比。
[0038] 在另一優(yōu)選例中，所述的支鏈淀粉含量為種子中支鏈淀粉占總淀粉的重量百分 比。
[0039] 在另一優(yōu)選例中，所述調(diào)控為降低植物中直鏈淀粉含量。
[0040] 在另一優(yōu)選例中，所述調(diào)控為調(diào)控植物種子的糊粉質(zhì)淀粉品質(zhì)。
[0041] 在另--優(yōu)選例中，使用OsNF-YBl的拮抗劑（如miRNA或其前體、或其表達載體）， 從而降低植物種子的直鏈淀粉含量、千粒重、或其組合。
[0042] 在另一優(yōu)選例中，將干擾所述OsNF-YBl蛋白的編碼序列表達的詰抗劑（如干擾分 子）轉(zhuǎn)入植物細胞、組織、器官或種子，從而下調(diào)植物中蛋白的表達。
[0043] 在另一優(yōu)選例中，使用OsNF-YBl的激動劑,從而提高植物種子的直鏈淀粉含量及 其千粒重。
[0044] 在另一優(yōu)選例中，使用OsNF-YBl基因或蛋白，從而提高植物種子的直鏈淀粉含量 及其千粒重。
[0045] 在另一優(yōu)選例中，降低OsNF-YBl蛋白的表達或活性,從而降低植物種子的直鏈淀 粉含量、千粒重或其組合。
[0046] 在另一優(yōu)選例中，所述的OsNF-YBl基因包括OsNF-YBl的基因組序列（例如SE