蛋白质ZmFIGL1在调控玉米减数分裂交叉形成中的应用

本发明属于生物，具体涉及蛋白质zmfigl1在调控玉米减数分裂交叉形成中的应用。

背景技术：

1、玉米作为三大粮食作物之一，为人类的文明进步做出了不可磨灭的贡献。由于玉米籽粒和植株在组成成分方面的特点，决定了玉米的广泛利用价值，包括食用、饲用、工业加工等多种用途。为了进一步挖掘玉米在产量、抗病、抗逆等方面的潜能，需要不断的改良和优化自交系来实现优良等位基因的组合，从而源源不断的培育出优良的玉米品种，而研究玉米减数分裂重组便是增加优良遗传变异的重要途径之一。

2、减数分裂是生物生殖细胞染色体数目减半的一种细胞分裂方式。在减数分裂过程中，亲本的dna只复制一次，但是细胞却连续分裂两次，最后产生染色体数目减半的雌雄配子。在减数第一次分裂过程中，同源染色体完成配对、联会以及遗传物质的交换。在减数第二次分裂中主要是姐妹染色体的分离。减数分裂对于物种延续的重要性不言而喻，一方面染色体数目减半的雌雄配子在完成受精后形成正常染色体数目的合子，使得物种在世代传递中保持染色体数目的恒定，保证了遗传上的稳定；另一方面减数分裂过程中非姐妹染色单体间遗传物质的相互交换即减数分裂重组，产生优良等位基因的组合，提高了后代的遗传多样性，从而增加物种适应自然环境变化的能力，保持了物种的延续。因此，减数分裂的重组过程为充分利用其遗传多样性进行创新育种提供了遗传学基础。

3、研究表明，不同物种间基因组的大小以及复杂程度差异很大，但是减数分裂交叉(crossover，co)形成受到严格的调控。在大多数的物种中，每对同源配对的染色体形成的交叉少于3个，而绝大多数的同源染色体间只形成1个交叉，保证在减数第一次分裂的时候同源染色体能够精准分离。不同玉米自交系间交叉的数量存在一定的差异，但每个减数分裂细胞形成的交叉数不超过20个，也就是说每对同源染色体间平均形成的交叉少于2个。根据是否受交叉干涉的影响可将交叉分为干涉敏感型和干涉不敏感型两种类型，干涉敏感型即一个交叉的产生会抑制其附近一定范围内另一个交叉的形成，而干涉不敏感型即相互靠近的两个交叉的形成互不干扰。相对于交叉形成的下限，对于每对同源染色体上形成交叉的上限并不特别清楚。理论上来说，促进交叉的形成将增加同源染色体之间遗传物质交换的概率，使得产生优良等位基因的组合以及打破不利基因连锁的几率也随之增加，进而为遗传育种提供丰富的遗传变异材料。同时，减少甚至是完全消除交叉的产生在作物育种中也具有较大的应用前景，例如水稻通过无融合生殖的方式实现了杂种优势的固定，其中减数分裂基因ospair1突变后能够完全的消除掉交叉的形成，从而保证产生的种子与杂交种f1的遗传背景完全一致。此外，交叉形成蛋白可促使dna双链断裂被修复形成交叉，在人为操控同源重组的过程中应用此类蛋白，迫使其在特定的位点形成交叉，有目的的实现遗传物质的交换。

技术实现思路

1、本发明的目的为调控玉米减数分裂交叉形成。

2、本发明首先保护一种培育减数分裂交叉形成减少的玉米的方法，可包括降低玉米中蛋白质zmfigl1的含量和/或活性，从而减少玉米减数分裂的交叉形成；

3、所述蛋白质zmfigl1为a1)或a2)或a3)：

4、a1)氨基酸序列是seq id no：2所示的蛋白质；

5、a2)在seq id no：2所示的蛋白质的n端或/和c端连接标签得到的融合蛋白质；

6、a3)将seq id no：2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与玉米减数分裂交叉形成相关的蛋白质。

7、其中，seq id no：2可由597个氨基酸残基组成。

8、上述a3)中的蛋白质，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。

9、上述a3)中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

10、上述a3)中的蛋白质的编码基因可通过将seq id no：1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′端连上标签的编码序列得到。

11、上述方法中，所述玉米可为玉米自交系b73。

12、上述方法中，所述降低玉米中蛋白质zmfigl1的含量和/或活性可通过rna干扰、同源重组、基因定点编辑等本领域熟知的方法，达到降低玉米中蛋白质zmfigl1的含量和/或活性的目的。

13、上述方法中，所述降低玉米中蛋白质zmfigl1的含量和/或活性可通过化学试剂ems诱变的方法来实现。

14、所述通过化学试剂ems诱变具体可为通过化学试剂ems诱变zmfigl1基因。例如在玉米自交系b73中通过化学试剂ems诱变zmfigl1基因的方法，得到突变体zmfigl1-1和突变体zmfigl1-2。

15、本发明还保护一种培育减数分裂交叉形成增加的玉米的方法，包括增加玉米中上述任一所述蛋白质zmfigl1的含量和/或活性，从而增加玉米减数分裂的交叉形成。

16、上述方法中，所述增加玉米中上述任一所述蛋白质zmfigl1的含量和/或活性可通过向玉米中导入编码上述任一所述蛋白质zmfigl1的核酸分子来实现。

17、本发明还保护上述任一所述蛋白质zmfigl1在调控玉米减数分裂交叉形成中的应用。

18、本发明还保护编码上述任一所述蛋白质zmfigl1的核酸分子在调控玉米减数分裂交叉形成中的应用。

19、上述应用中，编码上述任一所述蛋白质zmfigl1的核酸分子可为如下b1)或b2)或b3)或b4)或b5)所示的dna分子：

20、b1)编码区如seq id no：1所示的dna分子；

21、b2)核苷酸序列是seq id no：1所示的dna分子；

22、b3)核苷酸序列由seq id no：3所示的dna分子、seq id no：4所示的dna分子和seqid no：5所示的dna分子组成；

23、b4)与b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码上述任一所述蛋白质zmfigl1的dna分子；

24、b5)在严格条件下与b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列杂交，且编码上述任一所述蛋白质zmfigl1的dna分子。

25、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。

26、seq id no：1由1794个核苷酸组成，seq id no：1的核苷酸编码seq id no：2所示的氨基酸序列。

27、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，对本发明的编码所述蛋白质zmfigl1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所述蛋白质zmfigl1的核苷酸序列75％或者更高同一性的核苷酸，只要编码所述蛋白质zmfigl1，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。

28、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seq id no：2所示的氨基酸序列组成的蛋白质zmfigl1的核苷酸序列具有75％或更高，或80％或更高，或85％或更高，或90％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。

29、上述任一所述的应用中，所述调控玉米减数分裂交叉形成可为促进玉米减数分裂交叉形成或抑制玉米减数分裂交叉形成。

30、上述任一所述突变体zmfigl1-1和上述任一所述突变体zmfigl1-2均购自memd数据库(网址为：https://elabcaas.cn/memd/public/index.html#/pages/search/geneid)，产品目录号分别为ems4-049bf4和ems4-190934。

31、实验证明，与玉米自交系b73相比，突变体zmfigl1-1和突变体zmfigl1-2终变期染色体的交叉形成数量显著降低。蛋白质zmfigl1介导rad51、dmc1参与单链入侵过程进而调控交叉的形成，即蛋白质zmfigl1作用于单链入侵过程正向调控交叉的形成。由此可见，蛋白质zmfigl1可以调控玉米减数分裂交叉形成，蛋白质zmfigl1的含量越低，玉米减数分裂交叉形成的数量越少。本发明具有重要的应用价值。