來源于大豆的粒重相關(guān)蛋白及其相關(guān)生物材料與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域中來源于大豆的粒重相關(guān)蛋白及其相關(guān)生物材料與應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 大豆是重要的傳統(tǒng)作物，蘊(yùn)含豐富的營養(yǎng)，是提供食用油和植物蛋白的重要經(jīng)濟(jì) 作物。在工業(yè)生產(chǎn)中大豆油也有很多用途，例如作為生物燃料，表面活性劑，軟化劑等。同 時(shí)大豆是一種對環(huán)境十分友善的作物，每年以每公頃一百公斤的效率通過根瘤菌把大氣中 的氮?dú)廪D(zhuǎn)化到土壤之中，使植物可以吸收，適合應(yīng)用在輪作、連作和套作等可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè) 模式中。雖然大豆起源于中國，但國內(nèi)的大豆產(chǎn)量只占需求的三分之一，致使中國成為全球 最大的大豆進(jìn)口國，進(jìn)口總額占全球大豆總出口額的一半。近50年來，大豆生產(chǎn)僅增長了 62%，而其他糧食作物均已增長了 5倍以上，大豆的生產(chǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國內(nèi)其他糧食作物生 產(chǎn)的步伐，已不能滿足國民的需求，因此提高大豆單產(chǎn)已成為目前亟待解決的問題。
[0003] 種子的重量（粒重）是作物生產(chǎn)中的一個(gè)重要指標(biāo)，是影響作物產(chǎn)量的重要農(nóng)藝 性狀之一，植物可以通過增加種子粒重來達(dá)到增產(chǎn)的目的。千粒重是以克表示的一千粒種 子的重量，它是體現(xiàn)種子大小與飽滿程度的一項(xiàng)指標(biāo)，是檢驗(yàn)種子質(zhì)量和作物考種的內(nèi)容， 也是田間預(yù)測產(chǎn)量時(shí)的重要依據(jù)。一般測定小粒種子千粒重時(shí)是隨機(jī)數(shù)出三個(gè)一千粒種 子，分別稱重，求其平均值。百粒重是以克表示的一百粒種子的重量，通常用于大粒種子如 玉米、大豆、花生、棉花等。
[0004] 大豆產(chǎn)量由株型、結(jié)莢率、莢粒數(shù)、種子百粒重等因素組成，其中粒重是影響力最 高的因素。粒重對產(chǎn)量的影響不限于豆科植物，對其它單雙子葉植物也具有重要的影響，因 此成為作物品種選育過程中需要考慮的重要選擇性狀。已有的研究表明，種子粒重受栽培 環(huán)境和遺傳的影響。在正常的栽培條件下，遺傳，也即相關(guān)基因起重要作用，一般認(rèn)為，種子 粒重是數(shù)量性狀，由多個(gè)基因決定，因此與粒重相關(guān)的分子機(jī)制的研究成為熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提高種子植物的粒重。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提供了種子植物粒重相關(guān)蛋白。
[0007] 本發(fā)明所提供的種子植物粒重相關(guān)蛋白，名稱為GmHSFA2,來源于大豆（Glycine max),是如下a)或b)的蛋白質(zhì)：
[0008] a)氨基酸序列如SEQ ID No. 2所示的蛋白質(zhì)；
[0009] b)將序列表中SEQ ID No. 2所示的氨基酸序列經(jīng)過取代和/或缺失和/或添加一 個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基且與種子粒重相關(guān)的由a)衍生的蛋白質(zhì)。
[0010] 上述種子植物粒重相關(guān)蛋白中，所述一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和 /或添加為不超過10個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加。
[0011] 其中，序列表中SEQ ID No. 2由368個(gè)氨基酸殘基組成。
[0012] 上述b)中的蛋白質(zhì)可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進(jìn)行生物表達(dá)得到。
[0013] 上述b)中的蛋白質(zhì)的編碼基因可通過將SEQ ID No. 1所示的DNA序列中缺失一 個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的密碼子，和/或進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)堿基對的錯(cuò)義突變得到。
[0014] 與GmHSFA2相關(guān)的生物材料也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015] 本發(fā)明所提供的與GmHSFA2相關(guān)的生物材料，為下述BI)至B5)中的任一種：
[0016] BI)編碼所述GmHSFA2的核酸分子；
[0017] B2)含有BI)所述核酸分子的表達(dá)盒；
[0018] B3)含有BI)所述核酸分子的重組載體、或含有B2)所述表達(dá)盒的重組載體；
[0019] B4)含有BI)所述核酸分子的重組微生物、或含有B2)所述表達(dá)盒的重組微生物、 或含有B3)所述重組載體的重組微生物；
[0020] B5)含有BI)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系、或含有B2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因 植物細(xì)胞系、或含有B3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系、或含有M)所述重組微生物的 轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系。
[0021] 上文中，所述核酸分子可以是DNA，如cDNA、基因組DNA或重組DNA ;所述核酸分子 也可以是RNA，如mRNA或hnRNA等。BI)所述核酸分子具體可為如下B11)或B12)或B13) 所不的基因：
[0022] BI 1)其編碼序列是SEQ ID No. 1的DNA分子或cDNA分子；
[0023] B12)在嚴(yán)格條件下與B11)限定的DNA分子或cDNA分子雜交且編碼所述GmHSFA2 的DNA分子或cDNA分子；
[0024] B13)與B11)限定的DNA分子或cDNA分子具有90 %以上的同一性且編碼所述 GmHSFA2的DNA分子或cDNA分子。
[0025] 其中，SEQ ID No. 1由1107個(gè)核苷酸組成，其編碼序列是SEQ ID No. 1的第1-1107 位核苷酸，編碼SEQ ID No. 2所示的蛋白質(zhì)。
[0026] 這里使用的術(shù)語"同一性"指與天然核酸序列的序列相似性。"同一性"可以用肉 眼或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行評價(jià)。使用計(jì)算機(jī)軟件，兩個(gè)或多個(gè)序列之間的同一性可以用百分比 (%)表示，其可以用來評價(jià)相關(guān)序列之間的同一性。
[0027] 上述基因中，所述嚴(yán)格條件可為如下：50°C，在7%十二烷基硫酸鈉（SDS)、 0. 51似?04和ImM EDTA的混合溶液中雜交，在50°C，2XSSC，0. 1% SDS中漂洗；還可為： 50°C，在 7% SDS、0.5M NaPOjP ImM EDTA 的混合溶液中雜交，在 50°C，1XSSC，0. 1% SDS 中漂洗；還可為：50°C，在7% SDS、0. 5M似?04和ImM EDTA的混合溶液中雜交，在50°C， 0.5XSSC，0. 1%SDS 中漂洗；還可為：50°C，在 7%SDS、0.5M NaPOJPlmM EDTA 的混合溶液 中雜交,在 50°C，0. 1XSSC，0. 1% SDS 中漂洗；還可為：50°C，在 7% SDS、0. 5M NaPOjP ImM Η)ΤΑ的混合溶液中雜交，在65°C，0. 1XSSC，0. 1% SDS中漂洗；也可為：在6XSSC，0. 5% 305的溶液中，在65°〇下雜交，然后用2\55(：，0.1%505和1\55(：，0.1%505各洗膜一次。
[0028] 上述生物材料中，B2)所述的含有編碼GmHSFA2的核酸分子的表達(dá)盒（GmHSFA2基 因表達(dá)盒），是指能夠在宿主細(xì)胞中表達(dá)GmHSFA2的DNA，該DNA不但可包括啟動GmHSFA2 基因轉(zhuǎn)錄的啟動子，還可包括終止GmHSFA2轉(zhuǎn)錄的終止子。進(jìn)一步,所述表達(dá)盒還可包括 增強(qiáng)子序列?？捎糜诒景l(fā)明的啟動子包括但不限于：組成型啟動子，組織、器官和發(fā)育特異 的啟動子，和誘導(dǎo)型啟動子。啟動子的例子包括但不限于：花椰菜花葉病毒的組成型啟動 子35S :來自西紅柿的創(chuàng)傷誘導(dǎo)型啟動子，亮氨酸氨基肽酶（"LAP"，Chao等人（1999) Plant Physiol 120:979-992);來自煙草的化學(xué)誘導(dǎo)型啟動子，發(fā)病機(jī)理相關(guān)I (PRl)(由水楊酸 和BTH(苯并噻二唑-7-硫代羥酸S-甲酯）誘導(dǎo)）；西紅柿蛋白酶抑制劑II啟動子（PIN2) 或LAP啟動子（均可用茉莉酮酸甲酯誘導(dǎo)）；熱休克啟動子（美國專利5,187,267);四環(huán) 素誘導(dǎo)型啟動子（美國專利5,057, 422);種子特異性啟動子，如谷子種子特異性啟動子 pF128(CN101063139B(中國專利200710099169. 7))，種子貯存蛋白質(zhì)特異的啟動子（例 如，菜豆球蛋白、napin，oleosin和大豆beta conglycin的啟動子（Beachy等人（1985) EMBO J.4 :3047-3053))。它們可單獨(dú)使用或與其它的植物啟動子結(jié)合使用。此處引用的 所有參考文獻(xiàn)均全文引用。合適的轉(zhuǎn)錄終止子包括但不限于：農(nóng)桿菌胭脂堿合成酶終止子 (N0S終止子）、花椰菜花葉病毒CaMV 35S終止子、tml終止子、豌豆rbcS E9終止子和胭脂 氨酸和章魚氨酸合酶終止子（參見，例如：〇dell等人（I9S5)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 Genes Dev.，5:141 ;Mogen 等人（1990)Plant Cell, 2:1261 ; Munroe 等人（1990)Gene, 91:151 ;Ballad 等人（1989)Nucleic Acids Res. 17:7891 ;Joshi 等人（1987)Nucleic Acid Res. ,15:9627)。
[0029] 可用現(xiàn)有的植物表達(dá)載體構(gòu)建含有所述GmHSFA2基因表達(dá)盒的重組表達(dá)載體， 所述植物表達(dá)載體包括Gateway系統(tǒng)載體和雙元農(nóng)桿菌載體等，如pGWB405、pBin438、 PCAMBIA1302、pCAMBIA2301、pCAMBIA1301、pCAMBIA1300、pBI121、pCAMBIA1391-Xa 或 pCAMBIA1391-Xb(CAMBIA公司）等。所述植物表達(dá)載體還可包含外源基因的3'端非翻譯 區(qū)域，即包含聚腺苷酸信號和任何其它參與mRNA加工或基因表達(dá)的DNA片段。所述聚腺苷 酸信號可引導(dǎo)聚腺苷酸加入到mRNA前體的3'端，如農(nóng)桿菌冠癭瘤誘導(dǎo)（Ti)質(zhì)?；颍ㄈ?胭脂合成酶Nos基因）、植物基因（如大豆貯存蛋白基因）3'端轉(zhuǎn)錄的非翻譯區(qū)均具有類