新的水稻雜種劣勢(shì)基因及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物技術(shù)和育種領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及導(dǎo)致水稻雜種劣勢(shì)的基因 及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 水稻（Oryza sativa)是最重要的糧食作物，世界上三分之一以上的人口以水稻為 主食。由于水稻具有基因組小、遺傳和物理圖譜精細(xì)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)相對(duì)容易及與其它禾本科 作物的共線(xiàn)性的優(yōu)點(diǎn)，水稻也一直作為優(yōu)良的模式植物。隨著水稻基因組測(cè)序的完成，人類(lèi) 開(kāi)始進(jìn)入后基因組時(shí)代，全面開(kāi)展水稻功能基因組研究和基因注釋己成為生命科學(xué)的前沿 領(lǐng)域。因此水稻功能基因的研究對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生物學(xué)研究具有重大意義。
[0003] 為解決人口增長(zhǎng)與耕地面積減少的矛盾，提高水稻品質(zhì)(如提高水稻抗旱能力，提 高水稻單位面積產(chǎn)量）是人們面臨的重大挑戰(zhàn)。雖然20世紀(jì)50、60年代的矮化育種和70 年代的雜交水稻培育是水稻科學(xué)的兩次革命，但近幾年來(lái)水稻的品質(zhì)提高開(kāi)始徘徊。
[0004] 雜種劣勢(shì)是一種生殖隔離形式，表現(xiàn)為不同物種間、或者同一物種不同亞群間，通 過(guò)人為構(gòu)建或自然雜交形成的F1植株，生長(zhǎng)和發(fā)育出現(xiàn)異常，通常不能存活至生殖生長(zhǎng)階 段，從而阻礙了親本間的基因交流。而這種不同親本間的遺傳交流，正是利用雜種優(yōu)勢(shì)的前 提條件，所以說(shuō)雜種劣勢(shì)的存在阻礙了育種家對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)掘和全面利用。實(shí)踐表 明雜種優(yōu)勢(shì)能夠極大提高作物產(chǎn)量，對(duì)解決世界糧食安全問(wèn)題具有特別重要的意義。由此 可見(jiàn)，對(duì)雜種劣勢(shì)基因的分離和克隆，不僅有助于我們深刻理解物種形成的分子機(jī)理，還能 指導(dǎo)我們對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的充分利用。
[0005] 因此，本領(lǐng)域迫切需要對(duì)水稻培育過(guò)程中出現(xiàn)的雜種劣勢(shì)現(xiàn)象進(jìn)行研究，從而培 育出性能優(yōu)良的新的水稻品種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了野生稻中存在的三種新的基因，以及這三種基因及其蛋白在水稻雜 種劣勢(shì)現(xiàn)象中所起到的作用。
[0007] 本發(fā)明第一方面，提供了一種多肽集合，所述的多肽集合包括SEQIDN0. :3所示 的突變蛋白，和選自下組的多肽序列：
[0008]⑴ SEQ ID N0. : 1-2 所示的多肽；
[0009] (ii)將如SEQ ID N0. : 1-2所示的多肽序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的保守性 取代、缺失或添加而形成的由（a)衍生的衍生多肽；或
[0010] (C)氨基酸序列與SEQ ID N0. :1-2所示氨基酸序列的同源性彡90%(較佳地 彡95%，更佳地98%)由（a)衍生的衍生多肽。
[0011] 在另一優(yōu)選例中，所述多肽集合使得禾本植物產(chǎn)生雜種劣勢(shì)；優(yōu)選地，所述禾本植 物是小麥、大麥、水稻、玉米；優(yōu)選地，所述禾本植物是水稻。
[0012] 在另一優(yōu)選例中，所述雜種劣勢(shì)在高溫下產(chǎn)生。
[0013] 在另一優(yōu)選例中，所述SEQ ID NO. :1所示的多肽或其衍生的多肽與SEQ ID NO. :2 所示的多肽或其衍生的多肽之間同源性大于70%，較佳地，大于75%、80%、85%、90%。
[0014] 在另一優(yōu)選例中，SEQ ID N0. :3所示的突變蛋白與野生型枯草桿菌蛋白酶相比， 所述突變蛋白的第531位氨基酸由組氨酸（His)突變?yōu)榱涟彼幔↙eu)。
[0015] 本發(fā)明第二方面，提供了一種基因集合，所述的基因集合中的基因分別編碼本發(fā) 明第一方面所述的多肽集合中的突變蛋白或多肽。
[0016] 在另一優(yōu)選例中，所述的基因集合中的基因包括該基因的序列全長(zhǎng)、cDNA。
[0017] 在另一優(yōu)選例中，編碼SEQ ID NO. : 1-2所示多肽的基因的cDNA序列如SEQ ID NO. : 4-5 所示。
[0018] 在另一優(yōu)選例中，編碼本發(fā)明第一方面所述多肽集合中突變蛋白基因的cDNA序 列如SEQ ID N0. :6所示。
[0019] 在另一優(yōu)選例中，所述突變蛋白的編碼序列與編碼野生型蛋白基因的cDNA序列 相比，所述突變蛋白的編碼cDNA序列在1592位由A突變?yōu)門(mén)。
[0020] 在另一優(yōu)選例中，所述基因集合中的基因主要表達(dá)于禾本植物的根莖部。
[0021] 本發(fā)明第四方面，提供了一種表達(dá)載體，所述表達(dá)載體包含本發(fā)明第二方面所述 基因集合中的1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)基因或其互補(bǔ)序列。
[0022] 在另一優(yōu)選例中，所述的基因包括雙鏈、或單鏈形式（如正義鏈序列和反義鏈序 列（即互補(bǔ)序列））。
[0023] 本發(fā)明第四方面，提供了一種轉(zhuǎn)基因禾本植物細(xì)胞，所述禾本植物細(xì)胞包含本發(fā) 明第三方面所述的表達(dá)載體，或者所述禾本植物細(xì)胞的染色體中整合有本發(fā)明第二方面所 述基因集合中的1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)基因或其互補(bǔ)序列。
[0024] 在一優(yōu)選例中，所述禾本植物細(xì)胞來(lái)自小麥、大麥、水稻、玉米、高粱；優(yōu)選地，所述 禾本植物細(xì)胞是水稻細(xì)胞。
[0025] 本發(fā)明第四方面，提供了 1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本分那么第一方面所述多肽集合的 多肽或其編碼基因的用途，（i)用于預(yù)測(cè)禾本植物育種過(guò)程中產(chǎn)生的雜種劣勢(shì)現(xiàn)象；（ii) 用于轉(zhuǎn)基因禾本植物中的選擇標(biāo)記；或（iii)用于篩選禾本植物育種雜種劣勢(shì)現(xiàn)象的抑制 劑。
[0026] 在一優(yōu)選例中，所述禾本植物是小麥、大麥、水稻、玉米、高粱；更優(yōu)選地，所述禾本 植物是水稻。
[0027] 本發(fā)明第六方面，提供了 1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第一方面所述多肽集合的多 肽或其編碼基因的抑制劑的用途，用于消除禾本植物育種雜種劣勢(shì)現(xiàn)象。
[0028] 在一優(yōu)選例中，所述禾本植物是小麥、大麥、水稻、玉米、高粱；更優(yōu)選地，所述禾本 植物是水稻。
[0029] 在另一優(yōu)選例中，所述的水稻包括秈稻、粳稻、或普通野生稻。
[0030] 在另一優(yōu)選例中，所述選自本發(fā)明第一方面所述多肽集合的多肽序列如SEQ ID NO. : 1-3 所示。
[0031] 在另一優(yōu)選例中，所述的抑制劑包括所述多肽的抗體、核酸抑制劑、小分子化合 物。
[0032] 在另一優(yōu)選例中，所述的核酸抑制劑包括miRNA (siRNA、shRNA)。
[0033] 在另一優(yōu)選例中，所述的雜種劣勢(shì)表現(xiàn)為植株矮化、不定根數(shù)目減少、莖部或葉部 出現(xiàn)類(lèi)病斑、植株開(kāi)花前死亡、或單株產(chǎn)量減少。
[0034] 本發(fā)明第七方面，提供了一種消除禾本植物雜種劣勢(shì)的方法，所述方法通過(guò)降低 禾本植株中1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第一方面所述多肽集合的多肽或其編碼序列的表達(dá) 量和/或活性，從而消除禾本雜種劣勢(shì)。
[0035] 在一優(yōu)選例中，所述降低禾本植株中1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第一方面所述多 肽集合的多肽或其編碼序列的表達(dá)量和/或活性，包括敲除1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第 一方面所述多肽集合的多肽的編碼基因。
[0036] 在一優(yōu)選例中，所述禾本植物是小麥、大麥、水稻、玉米、高粱；優(yōu)選地，所述禾本植 物是水稻。
[0037] 本發(fā)明第八方面，提供了一種篩選禾本植物雜種劣勢(shì)抑制劑的方法，包括步驟：
[0038] (a)測(cè)定禾本植物中1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第一方面所述多肽集合的多肽或 其編碼序列的表達(dá)量和/或活性，并待測(cè)物質(zhì)的存在或不存在的情況下，培育所述表達(dá)量 和/或活性高的禾本植物；
[0039] (b)測(cè)定培育的所述禾本植物中1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第一方面所述多肽集 合的多肽或其編碼序列的表達(dá)量和/或活性；
[0040] 如果與不存在所述待測(cè)物質(zhì)的禾本植物相比，存在所述待測(cè)物質(zhì)的禾本植物中所 述1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)選自本發(fā)明第一方面所述多肽集合的多肽或其編碼序列的表達(dá)量和/或 活性降低，則說(shuō)明該待測(cè)物質(zhì)能夠作為禾本植物雜種劣勢(shì)的抑制劑。
[0041] 在一優(yōu)選例中，所述禾本植物是小麥、大麥、水稻、玉米、高粱；優(yōu)選地，所述禾本植 物是水稻。
[0042] 本發(fā)明第九方面，提供了一種制備轉(zhuǎn)基因禾本植物的方法，所述方法包括以下步 驟：
[0043] (a)獲得本發(fā)明第四方面所述的禾本植物細(xì)胞；和
[0044] (b)將步驟（a)所得的轉(zhuǎn)基因禾本植物細(xì)胞培育成獨(dú)立的植株。
[0045] 在一優(yōu)選例中，所述禾本植物是小麥、大麥、水稻、玉米、高粱；優(yōu)選地，所述禾本植 物是水稻。
[0046] 本發(fā)明第十方面，提供了一種禾本植物愈