一种水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶及其编码基因与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物基因工程技术领域，具体涉及一种与水稻表观遗传学调控相关的组蛋白赖氨酸甲基转移酶及其编码基因与应用。
【背景技术】
[0002]表观遗传学主要研宄在基因型不变的情况下，基因表达产生差异的机制。染色质的结构和功能被多种表观遗传机制所调节，包括组蛋白修饰、DNA甲基化、ATP依赖性的染色质重塑、组蛋白变体的替换以及非编码RNA的调节等。
[0003]组蛋白赖氨酸甲基化修饰是近年来被广泛研宄的一种组蛋白修饰，它在调控染色质结构和基因表达方面起重要作用，主要涉及的位点包括组蛋白H3 (Histone 3) K4(Lysine 4)，K9，K27，K36，K79和组蛋白H4的K20位点。赖氨酸的甲基化还可以分为单、双和三甲基化，这些不同残基位置以及不同状态的甲基化修饰构成了组蛋白赖氨酸甲基化功能的多样性。一般来说，H3K4、H3K36和H3K79的甲基化修饰对应于转录激活，而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化修饰则与异染色质和基因沉默相关。
[0004]组蛋白H3K36甲基化修饰是一种重要的表观修饰，而催化H3K36甲基化修饰的酶在植物中已有一些报道，由于他们含有保守的SET结构域，所以被称为SET domain group(SDG)蛋白。拟南芥SDG8是一个全局性的H3K36甲基转移酶，sdg8突变体表现出早花、矮小、器官发育异常等多种表型，并且SDG8还影响了拟南芥生殖发育、类胡萝卜素合成以及抵御病原菌等过程(B1chim B1phys Acta, 2011, 1809:567-576)。与相反，另一个H3K36甲基转移酶SDG26的基因缺失突变体却表现出明显的晚花表型(Plant J, 2015,81:316-328)。在水稻中已经鉴定到的H3K36甲基转移酶包括SDG725和SDG724，他们通过自己独特的方式促进了水稻的开花(Mol Plant, 2013, 6:975-977 ；Plant Cell, 2012，24:3235-3247)。SDG725除了影响水稻开花外，还参与了植物激素油菜素内酯(BR)的合成和信号传导通路(Plant J, 2012, 70: 340-347)。综上所述不难看出植物中不同的H3K36甲基转移酶介导的H3K36的甲基化修饰在植物的生长发育过程中执行了不同的功能。
[0005]SDG708是拟南芥SDG26在水稻中的最同源的一个SDG蛋白，它是否是一个活性的H3K36甲基转移酶，它在水稻生长发育中又具有怎样的功能，是我们要探宄的主要问题。水稻作为非常重要的粮食作物，全球60%的人口以稻米为主食，同时它也是研宄单子叶植物的重要模式生物。之前对水稻SDG725和SDG724的研宄又涉及到了植物激素BR以及水稻开花。开花时间是非常重要的农艺性状，确保开花时间的正确性对于粮食的产量至关重要，早花或晚花都会降低水稻的产量。因此，研宄水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶的价值不仅在于能够更好的理解组蛋白赖氨酸甲基化修饰对植物生长发育造成影响的机制，同时能够为研宄水稻的产量方面提供一些理论基础，这具有非常重要的经济价值。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一个来源于水稻的组蛋白甲基转移酶及其编码基因与应用。
[0007]本发明所提供的组蛋白赖氨酸甲基转移酶，名称为SDG708 (0s04g0429100)，来源于水稻(Crjza sativa ssp.japonica)，是下述氨基酸残基序列之一:
1)序列表中的SEQID No:1;
2)将序列表中的SEQID No:1的氨基酸残基序列经过一至五十个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且对植物的生长发育具有调控作用的蛋白质。
[0008]序列表中的SEQ ID No:1由518个氨基酸残基组成。
[0009]编码本发明组蛋白赖氨酸甲基转移酶的基因(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)编码序列表中的SEQID No:1蛋白质序列的DNA ;
3)与序列表中的SEQID No:2限定的核苷酸序列具有90%以上同源性且编码相同功能蛋白质的核昔酸序列；
序列表中的SEQ ID No: 2由1557个碱基组成，其编码框为自5’端第1-1557位碱基，编码具有序列表中的SEQ ID No:1的氨基酸残基序列的蛋白质。
[0010]本发明还包括含有本发明基因的重组表达载体、转基因细胞系以及扩增该基因中任一片段的引物对。
[0011]本发明还提供上述水稻的组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因在调控植物生长发育中的应用。
[0012]在实际应用中，将上述水稻的组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因的反义表达载体转化水稻，得到晚花的水稻，使植物的生长发育得到调控。
[0013]上述重组表达载体均可按照常规方法构建。
[0014]本发明的水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因的反义转基因植株株系晚花。本发明为植物品种的改良提供了一个优质基因，同时也对深入理解水稻的组蛋白赖氨酸甲基转移酶的生物学功能和生物学过程，进一步破译组蛋白密码和理解组蛋白密码在高等植物生长发育、遗传变异中的作用具有非常重要的意义。本发明的蛋白质及其编码基因具有较高的实际应用价值，应用前景广阔。
【附图说明】
[0015]图1为水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶SDG708的体外活性测定。
[0016]图2为野生型水稻(WT)和T2代转反义因水稻(708Ri_M 708Ri_2、饱表型图。
[0017]图3为野生型水稻(WT)和转反义因水稻(708Ri_lM 708Ri_2)中SDG708基因表达的实时荧光定量PCR检测结果。
【具体实施方式】
[0018]下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。所用引物和测序工作由上海桑尼生物科技有限公司完成。
[0019]实施例1.水稻的组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因韵获得
从水稻基因组数据库(http://rice.plantb1logy.msu.edu)获得 0s04g0429100基因序列，根据5’和3’末端序列设计一对引物，引物序列分别为:5’ -ATGGAGGAAGAGCGCATGGA — 3，( SEQ ID No:3)，和 5，一 TCATGGACCGTTTTCCAAGT — 3，(SEQID No:4)o
[0020]提取水稻黄化苗总RNA(Promega，SV total RNA isolat1n system)，以水稻的总RNA 为模板，用 AMV 反转录酶(TaKaRa)合成 cDNA(依据 Plant RT 一 PCR Kit 2.0l(TaKaRa)的用户手册进行)。以cDNA为模板，PCR扩增水稻的组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因SDG708的全长cDNA序列。50ul PCR反应体系包含:模板2ul，高保真酶KOD plus (Τ0Υ0Β0) lul,1X缓冲液5ul，2.5uM dNTP 8ul，20uM的5’和3’引物各lul，水32ul。反应条件为:94°C预变性2分钟；94°C变性30秒，55°C退火30秒，68°C延伸1.5分钟，共30个循环。反应结束后，将PCR产物进行0.8%琼脂糖凝胶电泳检测，回收并纯化约1557bp的扩增片段，将其克隆到载体PUC19 (TaKaRa)中，得到含有回收片段的重组质粒，经测序表明水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因5ZW7仍全长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个碱基组成，其编码框为自5’端第1-1557位碱基，编码具有序列表中的SEQ ID No:1的氨基酸残基序列的蛋白质，编码蛋白命名为SDG708。
[0021]实施例2.水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因蛋白活性测定
以实施例1得到的pUC19- SDG708为模板，PCR扩增SDG708^_长(包含组蛋白赖氨酸甲基转移酶活性中心一一SET结构域)，5’和3’引物分别为:5’ -GCGTCGACTCATGGAGGAAGAGCGCATGGA — 3， ( SEQ ID No:5)，和 5，一 ATAAGAATGCGGCCGCTCATGGACCGTTTTCCAAGT — 3’ ( SEQ ID No:6)。在 50 μ I PCR 扩增体系中包含模版 pUC19_SDG708 200