本发明涉及生物
技术领域：
中，种子相关蛋白在调控植物种子产量中的应用。
背景技术：
：以种子为收获目标的农作物最重要的就是要提高种子的单重和种子的数量产量。大豆是全球范围内的重要农作物，给人类即提供丰富的蛋白质来源也提供了大量的优质植物食用油来源。长久以来，提高大豆的产量一直是一个重要的研究和育种内容。目前提高大豆产量的手段主要还是依靠传统的杂交育种方式，即通过选择产量形状优良的亲本进行杂交组合，然后不断地从后代材料中选择种子产量性状优于亲本的后代不断地进行杂交配置组合，然后再从后代中挑选种子产量性状稳定且优良的材料进行加代纯和，最终形成稳定的优质品系。这种通过杂交育种选育出来的具有高产量形状的大豆品种可以兼具有双亲的高产优质性状而且可以规避转基因风险，但是这种选育方式具有周期长，投入大的缺点。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是如何提高植物的种子产量。为解决上述技术问题，本发明首先提供了种子相关蛋白在调控植物种子产量中的应用；所述种子相关蛋白的名称为gmsqe1，是如下a1)或a2)或a3)：a1)氨基酸序列为序列1的蛋白质；a2)在序列1的氨基酸序列中经过取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸残基得到的具有相同功能的由a1)衍生的蛋白质；a3)在a1)或a2)的n端或/和c端连接标签得到的融合蛋白质。为了使a1)中的蛋白质便于纯化，可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。表1、标签的序列标签残基序列poly-arg5-6(通常为5个)rrrrrpoly-his2-10(通常为6个)hhhhhhflag8dykddddkstrep-tagii8wshpqfekc-myc10eqkliseedl上述a2)中的gmsqe1蛋白质，所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加为不超过10个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加。上述a2)中的gmsqe1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a2)中的gmsqe1蛋白质的编码基因可通过将序列2所示的dna序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。本发明还提供了与gmsqe1相关的生物材料在调控植物种子产量中的应用；所述生物材料，为下述b1)至b14)中的任一种：b1)编码gmsqe1的核酸分子；b2)含有b1)所述核酸分子的表达盒；b3)含有b1)所述核酸分子的重组载体；b4)含有b2)所述表达盒的重组载体；b5)含有b1)所述核酸分子的重组微生物；b6)含有b2)所述表达盒的重组微生物；b7)含有b3)所述重组载体的重组微生物；b8)含有b4)所述重组载体的重组微生物；b9)含有b1)所述核酸分子的转基因植物细胞系；b10)含有b2)所述表达盒的转基因植物细胞系；b11)含有b1)所述核酸分子的转基因植物组织；b12)含有b2)所述表达盒的转基因植物组织；b13)含有b1)所述核酸分子的转基因植物器官；b14)含有b2)所述表达盒的转基因植物器官。上述应用中，b1)所述核酸分子可为如下b1)、b2)或b3)或b4)所示的基因：b1)核苷酸序列是序列表中序列2的cdna分子或dna分子；b2)核苷酸序列是序列表中序列3的cdna分子或dna分子；b3)与b1)或b2)或限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码gmsqe1的cdna分子或基因组dna分子；b4)在严格条件下与b1)或b2)限定的核苷酸序列杂交，且编码gmsqe1的cdna分子或基因组dna分子。其中，所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如mrna或hnrna等。其中，序列2所示的dna分子编码序列1所示的gmsqe1蛋白质。本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化和点突变的方法，对本发明的编码gmsqe1蛋白质的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的gmsqe1蛋白质的核苷酸序列75％或者更高同一性的核苷酸，只要编码gmsqe1蛋白质且具有gmsqe1蛋白质功能，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。这里使用的术语“同一性”指与天然核酸序列的序列相似性。“同一性”包括与本发明的编码序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的核苷酸序列具有75％或更高，或85％或更高，或90％或更高，或95％或更高同一性的核苷酸序列。同一性可以用肉眼或计算机软件进行评价。使用计算机软件，两个或多个序列之间的同一性可以用百分比(％)表示，其可以用来评价相关序列之间的同一性。上述应用中，所述严格条件是在2×ssc，0.1％sds的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次5min，又于0.5×ssc，0.1％sds的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次15min；或，0.1×sspe(或0.1×ssc)、0.1％sds的溶液中，65℃条件下杂交并洗膜。上述75％或75％以上同一性，可为80％、85％、90％或95％以上的同一性。上述应用中，b2)所述的含有编码gmsqe1蛋白质的核酸分子的表达盒(gmsqe1基因表达盒)，是指能够在宿主细胞中表达gmsqe1蛋白质的dna，该dna不但可包括启动gmsqe1基因转录的启动子，还可包括终止gmsqe1基因转录的终止子。进一步，所述表达盒还可包括增强子序列。可用于本发明的启动子包括但不限于：组成型启动子，组织、器官和发育特异的启动子，和诱导型启动子。启动子的例子包括但不限于：花椰菜花叶病毒的组成型启动子35s：来自西红柿的创伤诱导型启动子，亮氨酸氨基肽酶("lap",chao等人(1999)plantphysiol120：979-992)；来自烟草的化学诱导型启动子，发病机理相关1(pr1)(由水杨酸和bth(苯并噻二唑-7-硫代羟酸s-甲酯)诱导)；西红柿蛋白酶抑制剂ii启动子(pin2)或lap启动子(均可用茉莉酮酸甲酯诱导)；热休克启动子(美国专利5，187，267)；四环素诱导型启动子(美国专利5，057,422)；种子特异性启动子，如谷子种子特异性启动子pf128(cn101063139b(中国专利200710099169.7))，种子贮存蛋白质特异的启动子(例如，菜豆球蛋白、napin,oleosin和大豆betaconglycin的启动子(beachy等人(1985)emboj.4：3047-3053))。它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用。此处引用的所有参考文献均全文引用。合适的转录终止子包括但不限于：农杆菌胭脂碱合成酶终止子(nos终止子)、花椰菜花叶病毒camv35s终止子、tml终止子、豌豆rbcse9终止子和胭脂氨酸和章鱼氨酸合酶终止子(参见，例如：odell等人(i985)nature313:810；rosenberg等人(1987)gene,56:125；guerineau等人(1991)mol.gen.genet,262:141；proudfoot(1991)cell,64:671；sanfacon等人genesdev.,5:141；mogen等人(1990)plantcell,2:1261；munroe等人(1990)gene,91:151；ballad等人(1989)nucleicacidsres.17:7891；joshi等人(1987)nucleicacidres.,15:9627)。可用现有的表达载体构建含有所述gmsqe1基因表达盒的重组载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。如pahc25、pbin438、pcambia1302、pcambia2301、pcambia1301、pcambia1300、pbi121、pcambia1391-xa或pcambia1391-xb(cambia公司)等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3′端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mrna加工或基因表达的dna片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mrna前体的3′端，如农杆菌冠瘿瘤诱导(ti)质粒基因(如胭脂碱合成酶基因nos)、植物基因(如大豆贮存蛋白基因)3′端转录的非翻译区均具有类似功能。使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(gus基因、萤光素酶基因等)、抗生素的标记基因(如赋予对卡那霉素和相关抗生素抗性的nptii基因，赋予对除草剂膦丝菌素抗性的bar基因，赋予对抗生素潮霉素抗性的hph基因，和赋予对氨甲喋呤抗性的dhfr基因，赋予对草甘磷抗性的epsps基因)或是抗化学试剂标记基因等(如抗除莠剂基因)、提供代谢甘露糖能力的甘露糖-6-磷酸异构酶基因。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。上述应用中，所述载体可为质粒、黏粒、噬菌体或病毒载体。所述质粒具体可为载体pgwc或质粒pb2gw7.0。所述重组载体具体可为gmsqe1-pgwc或gmsqe1-pb2gw7.0，所述gmsqe1-pgwc为将序列2所示的dna片段导入载体pgwc中得到的重组载体，所述gmsqe1-pb2gw7.0为将序列2所示的dna片段导入质粒pb2gw7.0中得到的重组载体，所述gmsqe1-pgwc能表达序列1所示的gmsqe1蛋白质。上述应用中，所述微生物可为酵母、细菌、藻或真菌。其中，细菌可为农杆菌，如农杆菌eha105。上述应用中，所述转基因植物细胞系、转基因植物组织和转基因植物器官均不包括繁殖材料。本发明还提供了gmsqe1或所述生物材料在培育种子产量增加植物中的应用。本发明还提供了一种培育种子产量增加植物的方法，所述方法包括：增加目的植物中gmsqe1的活性、增加目的植物中gmsqe1的含量、促进gmsqe1的编码基因的表达，得到与所述目的植物相比种子产量增加的高产量植物。上述方法中，所述高产量植物可为通过向所述目的植物中导入gmsqe1的编码基因得到的植物。上述方法中，所述gmsqe1的编码基因可为b1)所述核酸分子。本发明还提供了调控植物种子产量的产品，所述产品含有gmsqe1或所述生物材料。所述产品可以gmsqe1或所述生物材料作为其活性成分，还可将gmsqe1或所述生物材料与其他具有相同功能的物质一起作为其活性成分。本发明还提供了所述产品在调控植物抗旱性中的应用。本发明中，所述植物可为双子叶植物或单子叶植物；所述目的植物可为双子叶植物或单子叶植物。所述双子叶植物可为十字花科植物，如拟南芥。本发明中，所述种子产量可体现在种子大小或/和千粒重上。所述种子大小可体现在种子的横径上。本发明中，所述转基因植物理解为不仅包含将所述gmsqe1基因转化目的植物得到的第一代转基因植物，也包括其子代。对于转基因植物，可以在该物种中繁殖该基因，也可用常规育种技术将该基因转移进入相同物种的其它品种，特别包括商业品种中。所述转基因植物包括种子、愈伤组织、完整植株和细胞。实验证明，与未转gmsqe1基因的植株相比，gmsqe1转基因植株的种子大小及千粒重均显著增加，表明gmsqe1及其编码基因可以提高植物的种子大小和千粒重，可用于调控植物的种子大小和千粒重。附图说明图1为单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因后代植株中gmsqe1基因的表达水平。图2为单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因后代植株中gmsqe1基因的表达水平。图3为各拟南芥种子大小和千粒重的比较。其中，ler-gmsqe1-oe为单拷贝的纯合gmsqe1转基因株系；上图为种子大小的比较，下图为种子千粒重的比较。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。下述实施例中的pgwc(huangetal.,cloningandexpressionanalysisofthesoybeanco-likegenegmcol9，plantmolbiolrep(2011)29:352–359)，公众可从申请人处获得该生物材料，该生物材料只为重复本发明的相关实验所用，不可作为其它用途使用。实施例1、种子相关蛋白gmsqe1可以调控拟南芥种子的大小和千粒重本实施例提供了来源于大豆品种willam82的种子相关蛋白，将其命名为gmsqe1，gmsqe1的序列为序列表中序列1。在大豆品种willam82中，gmsqe1的cds序列为序列表中序列2，基因组序列为序列表中序列3。将序列2所示的dna分子(即gmsqe1编码基因)转至大豆中检测gmsqe1在调控大豆中的功能，具体方法如下：1、构建gmsqe1表达重组载体与重组菌利用上游引物(f:aggctttgactttaggtcatgatgggttatgagtatattttgg)和下游引物(r:gtctagagactttaggtcttaatcttccaaattggtaggg)组成的引物对对大豆品种willam82的cdna进行pcr扩增，通过同源重组的方式使得到的pcr产物与中间载体pgwc发生同源重组，将序列2所示的gmsqe1编码基因转移至中间载体pgwc上，将得到的含有正确序列的重组载体命名为gmsqe1-pgwc。同源重组的方式将gmsqe1-pgwc与质粒pb2gw7.0(fibrillin5isessentialforplastoquinone-9biosynthesisbybindingtosolanesyldiphosphatesynthasesinarabidopsis)进行gateway反应，得到序列正确的重组载体，将该重组载体命名为gmsqe1-pb2gw7.0，gmsqe1-pb2gw7.0即为gmsqe1表达重组载体，能表达序列1所示的gmsqe1。将gmsqe1-pb2gw7.0导入根癌农杆菌eha105中，得到重组菌，将该重组菌命名为eha105/gmsqe1-pb2gw7.0；将pb2gw7.0导入根癌农杆菌eha105中，得到重组菌eha105/gmsqe1，作为空载体对照。2、转基因拟南芥的构建通过农杆菌侵染法利用重组菌eha105/gmsqe1-pb2gw7.0转化landsbergerecta(ler)生态型拟南芥得到转基因拟南芥，并利用重组菌eha105/gmsqe1得到的转空载体植株作为对照，具体方法如下：2.1农杆菌侵染液的准备：将重组菌加入含有利福平(50ng/l)和壮观霉素(50ng/l)的lb液体培养基，28℃，200rpm，过夜培养。期间检测菌液浓度，在od600值达到1.2-1.5时，4000rpm，离心10min，收集菌体，重悬于拟南芥侵染缓冲液，调整od600至0.6左右，得到1l菌体悬液(该菌体悬液包含：5g/100ml蔗糖，0.02％(体积比)silwet77，10mmmes，100μm乙酰丁香酮，菌体，余量为水，ph＝5.6)，备用。2.2拟南芥转化苗的准备取landsbergerecta(ler)生态型的拟南芥种子，在ep管中用体积百分比为70％的乙醇水溶液消毒2-3min，10％次氯酸钠消毒10min，无菌水冲洗5-6次，平铺在1/2ms培养基上，4℃黑暗条件下春化4天，然后置于16h光照/8h黑暗光周期、2000-3000lux、21℃、rh为60％条件下培养。一周后，选择生长健壮的幼苗移栽到培养土中。每周浇一次1/2ms培养液。当拟南芥幼苗抽苔出现花苞(尚未开花)时准备转化。转化前将已经开花授粉的花和种子去除干净。2.3拟南芥侵染过程将准备好的用于转化的拟南芥幼苗花苞倒置于装有菌体悬液的合适大小的容器上侵染(即浸泡)5min，然后取出花苞用吸水纸尽量吸尽侵染液后置于黑暗中在21℃温度中继续培养。黑暗中培养24小时后将被侵染的拟南芥植株转移到光周期16h(白昼)/8h(黑夜)，温度21℃和湿度60％的环境中生长直到收获t1代种子。2.4转gmsqe1基因的拟南芥阳性植株的筛选及获得由于gmsqe1-pb2gw7.0重组载体上带有抗草胺膦抗性基因，阳性拟南芥植株会在喷洒0.1％的草胺膦后存活下来。基于此，将收获的以上已经转化过的拟南芥植株的t1代种子干燥后于4℃春化4天后均匀播种于装有灭菌营养土的圆形营养钵中同时适量喷洒湿润土壤后用塑料薄膜盖上，置于光周期16h(白昼)/8h(黑夜)，温度21℃和湿度60％的环境中萌发，待种子萌发后揭开塑料薄膜继续培养到两片子叶打开，用浓度为0.1％的草胺膦均匀喷洒在小苗上。一周后存活下来的幼苗即为转gmsqe1基因的阳性植株。分单株移栽即为t1代植株，在光周期16h(白昼)/8h(黑夜)，温度21℃和湿度60％的环境中培养至分单株收获t2代种子并用同样的方法种植，在t2代植株中用0.1％的草胺膦均匀喷洒后统计各个株系的幼苗存活率，取来源于同一t1代植株且存活死亡比为3(活)：1(死)的株系继续培养收获t3代种子，该t2代植株即为gmsqe1基因单拷贝插入的阳性转基因株系。将收获的t3代种子用以上方式继续种植，用0.1％的草胺膦均匀喷洒后若幼苗全部存活即为单拷贝的纯合gmsqe1转基因后代株系。本发明用以上方法制备了单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因植株。利用引物上游引物(5’-ttcaaaaccaagagtggacaa-3’)和下游引物(5’-aatggggaaaatgatagcaga-3’)对得到的单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因植株的gmsqe1基因在rna上的表达水平进行鉴定，利用gmsqe1-pb2gw7.0作为阳性对照(+)，利用无菌水替换基因组dna作为阴性对照(-)，利用转空载体植株和野生型植株(未转基因拟南芥，wt)作为对照，以atactin2(nm_180280)为内参，内参的上游引物为5’-ggatctgtacggtaa-3’；下游引物为5’-aaccaccgatccagacactgt-3’。产物的电泳检测结果如图1所示，结果显示，得到的单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因后代植株中gmsqe1基因均得到了表达，这些植株均为转基因阳性植株，图1中m表示dna分子量标准，1-8表示8株单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因植株。gmsqe1基因在rna上的表达水平的定量结果如图2所示，结果显示，与野生型植株相比，转基因植株中的gmsqe1基因的表达量有显著的增加，图2中，1-6表示6株单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因植株。取其中3个单拷贝插入的纯合gmsqe1转基因后代株系(line1,line5和line7，分别为图1中的1、5和7)进行种子大小及千粒重表型鉴定分析，并利用转空载体植株和未转基因拟南芥(ler)作为对照(ck)。利用显微镜测量各株系拟南芥种子大小，利用分析天平称量各株系拟南芥千粒重，结果(图3)显示，转空载体植株和未转基因拟南芥(ler)的种子大小及千粒重均无显著差异，与未转基因拟南芥(ler)相比，line1,line5和line7的种子大小及千粒重均显著增加，表明gmsqe1及其编码基因可以提高拟南芥种子大小和千粒重。其中，未转基因拟南芥(ler)的种子大小及千粒重分别为190μm、0.15g；line1的种子大小及千粒重分别为210μm、0.18g；line5的种子大小及千粒重分别为230μm、0.19g；line7的种子大小及千粒重分别为235μm、0.20g。上文中，种子大小是指种子的横径。<110>中国农业科学院油料作物研究所<120>种子相关蛋白在调控植物种子产量中的应用<160>3<170>patentinversion3.5<210>1<211>529<212>prt<213>大豆<400>1metmetglytyrglutyrileleuglyglyileilealaserserleu151015valleuvalphevaliletyrglyservalserlysarglysalalys202530serservalhisalagluserasnglyglyserileileargthrser354045progluasnglyasnhishisglngluilesergluthrthraspval505560ileilevalglyalaglyvalalaglyalaalaleualatyrthrleu65707580glylysgluglyargargvalhisvalilegluargaspleuthrglu859095proaspargilevalglygluleuleuglnproglyglytyrleulys100105110leuilegluleuglyleuglnaspcysvalglygluileaspalagln115120125provalpheglytyralaleutyrlysaspglylysasnthrlysleu130135140sertyrproleugluasnphealaseraspvalserglyargserphe145150155160hisasnglyargpheileglnargmetargglulysalaserserleu165170175proasnvallysleugluglnglythrvalthrpheleuleugluglu180185190aspargileilelysglyvalasnphelysthrlysserglyglnglu195200205leuthralalysalaproleuthrilevalcysaspglycyspheser210215220asnleuargargserleucysasnprolysvalaspvalproserhis225230235240phevalglyleuvalleugluasncysasnleuprotyralaasnhis245250255glyhisvalileleuglyaspproserproileleuphetyrproile260265270serserthrgluileargcysleuvalaspvalproglyhislysleu275280285proserleuglyasnglyaspmetalaargtyrleulysthrvalval290295300alaproglnvalproprogluleuargaspserpheilealaalaval305310315320glulysglyasnileargsermetproasnargsermetproalaser325330335protyrprothrproglyalaleuleumetglyaspalapheasnmet340345350arghisproleuthrglyglyglymetthrvalalaleuseraspile355360365valleuleuargasnleuleuargproleuhisaspleuhisaspala370375380asnalaleucyslystyrleugluserphetyrthrleuarglyspro385390395400valalaserthrileasnthrleualaglyalaleutyrlysvalphe405410415cysalaserproaspproalaserlysglumetargglnalacysphe420425430asptyrleuserleuglyglyvalpheseraspgly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