【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及基因功能調控，更具體的說是涉及調控小麥籽粒淀粉合成的taiip1基因及其應用。
技術介紹
1、小麥是世界上重要的糧食作物，小麥的籽粒中主要由蛋白質、淀粉、脂類、粗纖維和灰分等成分組成。其中，淀粉約占小麥籽粒干重的65％～75％，同時影響著小麥的加工品質和食用品質。淀粉的存在形式為顆粒狀，類型分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種，但二者所占比例不同，直鏈淀粉約占淀粉顆粒的25％，支鏈淀粉約占74％，直鏈淀粉是由d-葡萄糖基以α-1,4糖苷鍵連接而成的多糖鏈，約呈線性。能溶于熱水，遇碘變藍色，能被β淀粉酶完全分解，溶液易聚沉，并形成半固體凝膠體。支鏈淀粉是短的α-1,4糖苷鍵相連的葡萄糖鏈通過α-1,6糖苷鍵連接而成的高度分支的葡萄糖聚合物。水溶液極粘稠，遇碘變紫色或紅色，只能被β淀粉酶分解一部分。
2、在淀粉合成的各個階段需要有不同的酶來發揮作用。直鏈淀粉的合成需要顆粒結合型淀粉合成酶(granule-bound?starch?synthase,gbss)的作用。gbss能夠和淀粉粒進行特異性結合，使直鏈淀粉保持它原來的未分支狀態。支鏈淀粉的合成需要淀粉分支酶(starch?branching?enzyme,sbe)、可溶性淀粉合成酶(soluble?starch?synthase,sss)、淀粉去分支酶(starch?debranching?enzyme,dbe)共同作用。其中sss催化支鏈淀粉線性鏈的延伸；sbe引入α-1，6糖苷分支鍵，在線性葡萄糖鏈上形成分支點；而dbe的功能是水解α-1,6分支鍵，對支鏈淀
3、isa有三種同工酶，能夠去除支鏈淀粉和植物、動物糖原中的分支鏈。馬鈴薯stisa1與玉米sul、水稻sug-1等蛋白是屬于同一基因家族(isa1)的產物。馬鈴薯三種異淀粉酶基因的嵌合rnai在塊莖的淀粉代謝中表現出組織特異性損傷，導致淀粉含量顯著降低，塊莖中的淀粉顆粒大小改變，但不影響葉片中的淀粉。此外，還發現isa1在水稻中與flo6(結合淀粉的cbm結構域蛋白)直接相互作用，影響水稻種子發育過程中淀粉的合成，且isa1、flo6同時與水稻淀粉生物合成的關鍵調控因子oslesv互作，共同構成功能模塊，協同調控水稻胚乳中儲藏淀粉的合成和胚乳發育。
4、在硬粒小麥中，通過rnai干擾的方法發現isa1的下調會導致淀粉含量顯著下降，同時可溶性α-葡聚糖和植物糖原含量顯著增加，而果糖和半乳糖則相對顯著降低。isa1基因敲除后代的胚乳中葡聚糖含量明顯高于野生型，可能反映了淀粉和葡聚糖合成途徑之間的交叉作用，而且硬粒小麥中的isa1有助于淀粉的合成，對于確保淀粉顆粒中支鏈淀粉的正確包裝非常重要。
5、前人對于異淀粉酶基因在水稻和玉米的淀粉合成通路的研究過程中已經有一定的研究成果，證明異淀粉酶isa1基因在淀粉顆粒形成的起始階段中發揮了重要作用。但在普通小麥的復雜背景下taisa1基因在淀粉合成中的具體功能和其調控淀粉合成的機制還沒有被探索，因此本專利技術在普通小麥背景下創制taisa1基因編輯材料，進一步研究taisa1基因的功能。體內體外互作實驗找到與taisa1互作的taiip1蛋白，序列比對發現taiip1是snrk1b蛋白，屬于snrk蛋白激酶家族，是信號傳遞和蛋白修飾的關鍵激酶。通過進一步深入研究taisa1和taiip1蛋白的互作模式，進而探索其參與調控籽粒淀粉合成的基本模型。
6、蔗糖非發酵相關的蛋白激酶snrk(sucrose?nonfermenting?1-related?kinase)在植物中具有高度保守性且普遍存在。根據其蛋白結構可分為三個亞家族：snrk1、snrk2和snrk3。snrki是哺乳動物amp活化蛋白激酶(amp-actived?protein?kinase，ampk)和酵母蔗糖非發酵蛋白激酶(sucrose?non?femening?1,snf1)在植物中的同源蛋白。snf1/ampk/snrk1的結構具有高度的保守性，包括α、β、γ三個亞基，它們之間形成一個異源三聚體的復合體。其中，α亞基主要行使激酶復合體的催化活性功能；β亞基作為可連接α和γ亞基的橋梁，具有調節作用；γ亞基主要起激活作用。snrk1作為能量代謝的關鍵調節因子，廣泛參與了植物生長發育、糖代謝、淀粉合成、植物脅迫應答以及植物和病原菌的互作。
7、在水稻中，編碼snrk1的三個基因分為兩個亞家族，即snrk1a(osk1)和snrk1b(osk24和osk35)。snrk1通過糖信號傳導和翻譯后修飾，參與調節植物的淀粉和蔗糖代謝。在水稻幼苗糖饑餓條件下，snrk1a和snrk1b在上游磷酸化轉錄因子mybs1，促使其轉錄激活下游α-amy3?src區域，緩解糖抑制現象。馬鈴薯中通過超量表達snrk1基因提高了蔗糖合成酶和adp-葡萄糖焦磷酸化酶這兩個淀粉合成途徑中關鍵酶類基因的表達，導致馬鈴薯塊莖中淀粉含量顯著升高，說明snrk1基因通過在轉錄水平上調控蔗糖合成酶基因的表達和影響agpase的活性控制淀粉合成。
8、在目前實際的作物生產中，小麥的產量和品質與國家糧食安全、人民的生活水平的提高、國民經濟發展等有著密切的關系。在小麥籽粒生長發育中，淀粉在籽粒中的占比較大，籽粒重量大部分來自于淀粉含量。因此如何提高淀粉含量占比進而提高粒重是當前生產上需要思考的重要問題。
9、淀粉合成的過程極其復雜，需要多種酶和淀粉合成相關蛋白的協同作用。雖然目前在多種谷物中已經克隆出了多個直接參與編碼淀粉合成相關酶的基因，通過ems誘變創制突變體或通過crispr-cas9等技術對單個目的基因進行基因敲除研究其功能，但由于淀粉合成的復雜情況，可能會有其他基因與編碼淀粉酶基因互作，共同參與淀粉合成過程。因此淀粉相關基因在小麥中的復雜功能和整體協同調節機制還需要深入研究，從而明確淀粉的合成機制和淀粉合成相關酶的調控模式，為小麥的品質改良和產量提高提供強有力的理論支撐。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了調控小麥籽粒淀粉合成的taiip1基因及其應用。
2、本專利技術所要解決的問題是明確小麥taiip1基因的生物功能及其調控籽粒淀粉合成及提高粒重的重要作用，為高產優質小麥的創制或改良提供理論支持和基因資源。
3、為解決上述問題，本專利技術首先創制小麥中控制淀粉合成質量的異淀粉酶taisa1基因編輯材料，明確taisa1基因對籽粒表型和內部淀粉合成及面粉品質的重要作用；所述異淀粉酶taisa1基因的核苷酸序列如seq?id?no.1所示。
4、進一步地，找到與異淀粉酶isa1蛋白互作，并與淀粉合成過程相關的蔗糖非發酵相關的蛋白激酶taiip1蛋白。所述應用是(1)過表達編碼taiip1蛋白的ta本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.調控小麥籽粒淀粉合成的TaIIP1基因，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ?ID?No.2所示。
2.權利要求1所述的TaIIP1基因在調控小麥籽粒淀粉合成中的應用。
3.如權利要求2所述的應用，其特征在于，用于以下方面：
4.如權利要求2所述的應用，其特征在于，所述TaIIP與TaISA1蛋白互作。
5.過表達權利要求1所述的TaIIP1基因在構建提高淀粉含量和粒重的小麥模型中的應用。
6.權利要求1所述的TaIIP1基因在小麥育種中的應用。
【技術特征摘要】
1.調控小麥籽粒淀粉合成的taiip1基因，其特征在于，其核苷酸序列如seq?id?no.2所示。
2.權利要求1所述的taiip1基因在調控小麥籽粒淀粉合成中的應用。
3.如權利要求2所述的應用，其特征在于，用于以下方面：
...【專利技術屬性】
技術研發人員：王道文，吳一平，張坤普，李廣偉，徐喬喬，上官云杰，
申請(專利權)人：河南農業大學，
類型：發明
國別省市：
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