一種水稻組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶及其編碼基因與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物基因工程技術領域，具體涉及一種與水稻表觀遺傳學調(diào)控相關的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶及其編碼基因與應用。
【背景技術】
[0002]表觀遺傳學主要研宄在基因型不變的情況下，基因表達產(chǎn)生差異的機制。染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能被多種表觀遺傳機制所調(diào)節(jié)，包括組蛋白修飾、DNA甲基化、ATP依賴性的染色質(zhì)重塑、組蛋白變體的替換以及非編碼RNA的調(diào)節(jié)等。
[0003]組蛋白賴氨酸甲基化修飾是近年來被廣泛研宄的一種組蛋白修飾，它在調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達方面起重要作用，主要涉及的位點包括組蛋白H3 (Histone 3) K4(Lysine 4)，K9，K27，K36，K79和組蛋白H4的K20位點。賴氨酸的甲基化還可以分為單、雙和三甲基化，這些不同殘基位置以及不同狀態(tài)的甲基化修飾構(gòu)成了組蛋白賴氨酸甲基化功能的多樣性。一般來說，H3K4、H3K36和H3K79的甲基化修飾對應于轉(zhuǎn)錄激活，而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化修飾則與異染色質(zhì)和基因沉默相關。
[0004]組蛋白H3K36甲基化修飾是一種重要的表觀修飾，而催化H3K36甲基化修飾的酶在植物中已有一些報道，由于他們含有保守的SET結(jié)構(gòu)域，所以被稱為SET domain group(SDG)蛋白。擬南芥SDG8是一個全局性的H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶，sdg8突變體表現(xiàn)出早花、矮小、器官發(fā)育異常等多種表型，并且SDG8還影響了擬南芥生殖發(fā)育、類胡蘿卜素合成以及抵御病原菌等過程(B1chim B1phys Acta, 2011, 1809:567-576)。與相反，另一個H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶SDG26的基因缺失突變體卻表現(xiàn)出明顯的晚花表型(Plant J, 2015,81:316-328)。在水稻中已經(jīng)鑒定到的H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶包括SDG725和SDG724，他們通過自己獨特的方式促進了水稻的開花(Mol Plant, 2013, 6:975-977 ；Plant Cell, 2012，24:3235-3247)。SDG725除了影響水稻開花外，還參與了植物激素油菜素內(nèi)酯(BR)的合成和信號傳導通路(Plant J, 2012, 70: 340-347)。綜上所述不難看出植物中不同的H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶介導的H3K36的甲基化修飾在植物的生長發(fā)育過程中執(zhí)行了不同的功能。
[0005]SDG708是擬南芥SDG26在水稻中的最同源的一個SDG蛋白，它是否是一個活性的H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶，它在水稻生長發(fā)育中又具有怎樣的功能，是我們要探宄的主要問題。水稻作為非常重要的糧食作物，全球60%的人口以稻米為主食，同時它也是研宄單子葉植物的重要模式生物。之前對水稻SDG725和SDG724的研宄又涉及到了植物激素BR以及水稻開花。開花時間是非常重要的農(nóng)藝性狀，確保開花時間的正確性對于糧食的產(chǎn)量至關重要，早花或晚花都會降低水稻的產(chǎn)量。因此，研宄水稻組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的價值不僅在于能夠更好的理解組蛋白賴氨酸甲基化修飾對植物生長發(fā)育造成影響的機制，同時能夠為研宄水稻的產(chǎn)量方面提供一些理論基礎，這具有非常重要的經(jīng)濟價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一個來源于水稻的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶及其編碼基因與應用。
[0007]本發(fā)明所提供的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，名稱為SDG708 (0s04g0429100)，來源于水稻(Crjza sativa ssp.japonica)，是下述氨基酸殘基序列之一:
1)序列表中的SEQID No:1;
2)將序列表中的SEQID No:1的氨基酸殘基序列經(jīng)過一至五十個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且對植物的生長發(fā)育具有調(diào)控作用的蛋白質(zhì)。
[0008]序列表中的SEQ ID No:1由518個氨基酸殘基組成。
[0009]編碼本發(fā)明組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的基因(5ZW7仍0，是下述核苷酸序列之一:
1)序列表中的SEQID No:2的核苷酸序列；
2)編碼序列表中的SEQID No:1蛋白質(zhì)序列的DNA ;
3)與序列表中的SEQID No:2限定的核苷酸序列具有90%以上同源性且編碼相同功能蛋白質(zhì)的核昔酸序列；
序列表中的SEQ ID No: 2由1557個堿基組成，其編碼框為自5’端第1-1557位堿基，編碼具有序列表中的SEQ ID No:1的氨基酸殘基序列的蛋白質(zhì)。
[0010]本發(fā)明還包括含有本發(fā)明基因的重組表達載體、轉(zhuǎn)基因細胞系以及擴增該基因中任一片段的引物對。
[0011]本發(fā)明還提供上述水稻的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因在調(diào)控植物生長發(fā)育中的應用。
[0012]在實際應用中，將上述水稻的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因的反義表達載體轉(zhuǎn)化水稻，得到晚花的水稻，使植物的生長發(fā)育得到調(diào)控。
[0013]上述重組表達載體均可按照常規(guī)方法構(gòu)建。
[0014]本發(fā)明的水稻組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因的反義轉(zhuǎn)基因植株株系晚花。本發(fā)明為植物品種的改良提供了一個優(yōu)質(zhì)基因，同時也對深入理解水稻的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的生物學功能和生物學過程，進一步破譯組蛋白密碼和理解組蛋白密碼在高等植物生長發(fā)育、遺傳變異中的作用具有非常重要的意義。本發(fā)明的蛋白質(zhì)及其編碼基因具有較高的實際應用價值，應用前景廣闊。
【附圖說明】
[0015]圖1為水稻組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶SDG708的體外活性測定。
[0016]圖2為野生型水稻(WT)和T2代轉(zhuǎn)反義因水稻(708Ri_M 708Ri_2、飽表型圖。
[0017]圖3為野生型水稻(WT)和轉(zhuǎn)反義因水稻(708Ri_lM 708Ri_2)中SDG708基因表達的實時熒光定量PCR檢測結(jié)果。
【具體實施方式】
[0018]下述實施例中的方法，如無特別說明，均為常規(guī)方法。所用引物和測序工作由上海桑尼生物科技有限公司完成。
[0019]實施例1.水稻的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因韻獲得
從水稻基因組數(shù)據(jù)庫(http://rice.plantb1logy.msu.edu)獲得 0s04g0429100基因序列，根據(jù)5’和3’末端序列設計一對引物，引物序列分別為:5’ -ATGGAGGAAGAGCGCATGGA — 3，( SEQ ID No:3)，和 5，一 TCATGGACCGTTTTCCAAGT — 3，(SEQID No:4)o
[0020]提取水稻黃化苗總RNA(Promega，SV total RNA isolat1n system)，以水稻的總RNA 為模板，用 AMV 反轉(zhuǎn)錄酶(TaKaRa)合成 cDNA(依據(jù) Plant RT 一 PCR Kit 2.0l(TaKaRa)的用戶手冊進行)。以cDNA為模板，PCR擴增水稻的組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因SDG708的全長cDNA序列。50ul PCR反應體系包含:模板2ul，高保真酶KOD plus (Τ0Υ0Β0) lul,1X緩沖液5ul，2.5uM dNTP 8ul，20uM的5’和3’引物各lul，水32ul。反應條件為:94°C預變性2分鐘；94°C變性30秒，55°C退火30秒，68°C延伸1.5分鐘，共30個循環(huán)。反應結(jié)束后，將PCR產(chǎn)物進行0.8%瓊脂糖凝膠電泳檢測，回收并純化約1557bp的擴增片段，將其克隆到載體PUC19 (TaKaRa)中，得到含有回收片段的重組質(zhì)粒，經(jīng)測序表明水稻組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因5ZW7仍全長cDNA具有序列表中的SEQ ID No:2的核苷酸序列，序列表中的SEQ ID No: 2由1557個堿基組成，其編碼框為自5’端第1-1557位堿基，編碼具有序列表中的SEQ ID No:1的氨基酸殘基序列的蛋白質(zhì)，編碼蛋白命名為SDG708。
[0021]實施例2.水稻組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因蛋白活性測定
以實施例1得到的pUC19- SDG708為模板，PCR擴增SDG708^_長(包含組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶活性中心一一SET結(jié)構(gòu)域)，5’和3’引物分別為:5’ -GCGTCGACTCATGGAGGAAGAGCGCATGGA — 3， ( SEQ ID No:5)，和 5，一 ATAAGAATGCGGCCGCTCATGGACCGTTTTCCAAGT — 3’ ( SEQ ID No:6)。在 50 μ I PCR 擴增體系中包含模版 pUC19_SDG708 200