细胞周期蛋白及其相关生物材料在调控玉米胚发育和籽粒大小的应用

本发明属于基因，具体涉及细胞周期蛋白调控玉米胚发育和籽粒大小的应用。

背景技术：

1、植物细胞周期通常是指细胞依次经过dna合成前期(g1期)，dna合成期(s期)，dna合成后期(g2期)，有丝分裂期(m期)这四个时期，完成一个细胞周期循环，同时启动下一个细胞周期。与动物不同的是，植物在这一周期性过程中不仅存在原有组织器官的不断生长，同时也伴随着新组织新器官的产生。植物细胞周期对于植物的生命活动包括种子萌发，植株生长，器官形成都具有重要的调控作用。与其他真核生物一样，植物细胞周期的核心调控因子是由细胞周期蛋白cyc(cyclin)和细胞周期蛋白依赖性激酶cdk(cyclin dependentkinase)组成并协同发挥调控功能。在细胞周期的不同阶段，不同的cdk激酶和cyc蛋白结合形成特定的cyc-cdk复合物，触发细胞g1/s期和g2/m期的转换，从而控制细胞周期进程以及细胞的增殖和分化。

2、细胞周期蛋白首先在无脊椎动物海胆中被发现和鉴定，植物细胞周期蛋白首先从大豆和胡萝卜中获得分离和鉴定。随后在模式植物拟南芥中获得了较为广泛的关注和研究。通常认为细胞周期蛋白包含一段长度约100个氨基酸的cyclin_n保守结构域，该结构域可能是介导cyc与cdk结合从而发挥其功能的关健。

3、基于模式植物基因组测序的完成以及植物细胞周期与其他真核生物细胞周期的相似性，通过在植物基因组范围内对真核生物细胞周期蛋白进行分析，已经鉴定了多个植物细胞周期调节基因：在拟南芥中，鉴定到49个细胞周期蛋白家族基因，分为10个亚型：a、b、c、d、h、l、t、u、sds、j18，其中与细胞周期调控相关的cycas、cycbs可进一步细分为三类：cyca1—cyca3、cycb1—cycb3，而cycd则分为cycd1—cycd7等七类。在水稻中，鉴定到49个细胞周期蛋白家族基因，分为9个亚型：a、b、d、f、h、l、p、t、sds，其中与细胞周期调控相关的cycas可进一步细分为cyca1—cyca3，cycbs可进一步细分为cycb1和cycb2，而cycds则分为cycd1—cycd7。在玉米中，鉴定到59个细胞周期蛋白家族基因，分为6个亚型：a、b、d、f、sds、t，其中与细胞周期调控相关的cycas可进一步细分为cyca1—cyca3，cycbs可进一步细分为cycb1和cycb2，而cycds则分为cycd1—cycd7。不同家族的细胞周期蛋白在细胞周期进程中存在显著的差异性和周期性。玉米(zea mays l.)作为世界重要的粮食和饲料作物，是人类和牲畜最重要的碳水化合物来源之一。籽粒大小是玉米产量的重要构成因素之一，是玉米育种一个极其重要的方面。

4、因此，研究玉米相关的周期蛋白对于玉米育种和产量提高具有重要的作用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种在植物生长、胚再生和籽粒大小等方面具有重要作用的蛋白。所要解决的技术问题不限于所描述的技术主题，本领域技术人员通过以下描述可以清楚地理解本文未提及的其它技术主题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

3、本技术通过揭示b类细胞周期蛋白在玉米生长发育中的功能和调控机理，旨在促进细胞周期蛋白在玉米育种中的应用。

4、本发明的细胞周期蛋白调控玉米胚发育和籽粒大小的应用，其中所述周期蛋白为cycb1-1。

5、cycb1-1的基因组全长核苷酸序列为2323bp，如seq id no.3所示。

6、cycb1-1的mrna核苷酸序列为1353bp，如seq id no.2所示。

7、cycb1-1的氨基酸序列由450个氨基酸残基组成，如seq id no.1所示。

8、本技术还提供了一种生物材料在d1-d18的用途：

9、所述生物材料为下述c1)-c3)中任一种，

10、c1)、蛋白质，所述蛋白质为如下任一种：

11、a1)氨基酸序列是seq id no.1所示的蛋白质；

12、a2)将a1)所述蛋白质经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与a1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且具有相同功能的蛋白质；

13、a3)将a1)或a2)的n末端或/和c末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质；

14、c2)、调控c1)所述蛋白质的编码基因表达的物质；

15、c3)、调控c1)所述蛋白质的活性和/或含量的物质；

16、所述d1-d18为，

17、d1)加速植物胚发育；

18、d2)制备加速植物胚发育的产品；

19、d3)增加植物籽粒大小；

20、d4)制备增加植物籽粒大小的产品；

21、d5)增加植物籽粒重量；

22、d6)制备增加植物籽粒重量的产品；

23、d7)促进植物生长；

24、d8)制备促进植物生长的产品；

25、d9)增加植物的高度；

26、d10)制备增加植物的高度的产品；

27、d11)增加植物的茎粗；

28、d12)制备增加植物的茎粗的产品；

29、d13)增加植物的叶面积；

30、d14)制备增加植物的叶面积的产品；

31、d15)培育生长加快的植物；

32、d16)制备培育生长加快的产品；

33、d17)植物育种。

34、上述蛋白质中，所述蛋白质的名称可为zmcycb1-1，可来源于下述任一种植物：

35、m1)双子叶植物或单子叶植物；

36、m2)禾本目植物；

37、m3)禾本科植物；

38、m4)玉蜀黍属植物；

39、m5)玉米。

40、上述蛋白质中，所述蛋白标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为flag标签、his标签、mbp标签、ha标签、myc标签、gst标签和/或sumo标签等。

41、上述蛋白质中，同一性是指氨基酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设尺寸置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambdaratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

42、上述蛋白质中，所述80％以上的同一性可为至少81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、95％、96％、98％、99％或100％的同一性。

43、上文中的调控包括上调所述蛋白质的编码基因表达和所述蛋白质的活性和/或含量，同时也包括下调所述蛋白质的编码基因表达和所述蛋白质的活性和/或含量。

44、所述调控所述蛋白质的编码基因表达的物质包括下述生物材料：

45、b1)、编码氨基酸序列是seq id no.1的蛋白质的核酸分子；

46、b2)、含有b1)所述核酸分子的表达盒；

47、b3)、含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b2所述表达盒的重组载体；

48、b4)、含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物。

49、本发明还提供一种培育生长加快的植物的方法，包括上调或增强或提高目的植物中前述蛋白质的编码基因的表达量或所述蛋白质的活性和/或含量得到生长加快的植物，所述生长加快的植物的生长速度快于所述目的植物。

50、上文中所述上调或增强或提高目的植物中前述蛋白质的编码基因的表达量或所述蛋白质的活性和/或含量为将前述蛋白质的编码基因导入所述目的植物。

51、前述蛋白质、与前述蛋白质相关的生物材料也在本技术的保护范围内，所述生物材料为下述任一种：

52、n1)、编码前述蛋白质的核酸分子；

53、n2)、含有b1)所述核酸分子的表达盒；

54、n3)、含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b2所述表达盒的重组载体；

55、n4)、含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物。

56、n1)所述核酸分子中，本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化或点突变的方法，对本发明的编码蛋白质zmcycb1-1的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明提供的蛋白质zmcycb1-1的核苷酸序列75％或75％以上同一性的核苷酸，只要编码蛋白质zmcycb1-1且具有蛋白质zmcycb1-1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。

57、上述75％或75％以上同一性，可为76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。

58、本文中，同一性是指氨基酸序列或核苷酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索以对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

59、进一步地，b1)所述核酸分子为编码序列是seq id no.2的cdna分子或dna分子。

60、本发明探究了玉米b类细胞周期蛋白cycb1-1在玉米生长发育中的功能和调控机理，通过制备过表达和敲除转基因植株，揭示了cycb1-1基因高表达、缺失后在植物生长、胚再生和籽粒大小等方面产生的变化，表明zmcycb1-1(即玉米的cycb1-1)的过表达能够加速胚发育、增加籽粒大小和增加籽粒重量。这些发现为种子发育过程中细胞周期蛋白的调节功能提供了新的见解，并为利用细胞周期蛋白提高玉米产量提供了新的思路。