與水稻粒型和葉夾角相關(guān)的蛋白及其編碼基因的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于基因工程領(lǐng)域，涉及與水稻粒型和葉夾角相關(guān)的蛋白及其編碼基因的 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球一半以上人口以水稻為主食和熱量來 源。隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)和耕地面積的持續(xù)減少，糧食危機(jī)日益嚴(yán)重，提高糧食產(chǎn)量已 成為水稻育種研究中的一大挑戰(zhàn)。水稻產(chǎn)量是一個(gè)復(fù)雜的性狀，主要由單株穗數(shù)、穗粒數(shù)和 粒重等因素決定。水稻粒型主要包括粒長(zhǎng)、粒寬和粒厚三個(gè)組分，是影響粒重的關(guān)鍵因素之 一，在灌漿程度理想的狀態(tài)下，粒型直接決定著水稻的粒重，一般來說，籽粒長(zhǎng)度越長(zhǎng)，寬度 越寬，厚度越厚，籽粒就越重。另外，粒型還影響著水稻籽粒的外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)和蒸煮食 味品質(zhì)，人們對(duì)水稻籽粒形狀的要求在世界各地差異很大。在法國(guó)、美國(guó)及歐洲，人們偏愛 細(xì)長(zhǎng)稻米；印度和亞洲的人們青睞長(zhǎng)粒稻米；東南亞地區(qū)的人們則喜愛中等長(zhǎng)度的稻米； 而溫帶地區(qū)的人們更喜歡短粒而圓形稻米。水稻粒型是一個(gè)復(fù)合的外觀品質(zhì)性狀，包括粒 長(zhǎng)、粒寬以及粒厚，它們分別受到不同主效及一些微效核基因的控制。而且，粒型雖然作為 數(shù)量性狀易受到環(huán)境條件的影響，但是具有較大的遺傳力。這兩個(gè)因素為水稻研究者成功 分離和克隆不同的粒型基因提供了重要的理論基礎(chǔ)。目前，水稻粒型的遺傳研究取得了較 大的進(jìn)展，從細(xì)胞遺傳學(xué)水平發(fā)展到了分子遺傳學(xué)水平，研究者們通過構(gòu)建QTL定位分離 群體，進(jìn)行物理和化學(xué)方法誘變獲得突變體，以及運(yùn)用T -DNA插入技術(shù)獲得水稻突變體；并 進(jìn)行基因克隆，報(bào)道了許多影響水稻粒型的QTL和基因，并且證明了調(diào)控水稻粒型的一些 主要因素或途徑，其中主要包括了植物發(fā)育和代謝途徑、植物激素途徑及表觀遺傳學(xué)途徑 等。
[0003] 同時(shí)，水稻株型的改良對(duì)產(chǎn)量的提高也起著至關(guān)重要的作用，并一直被水稻育種 家和遺傳學(xué)家所關(guān)注。在影響株型的許多因素中，水稻的葉夾角起著非常重要的作用，研究 表明直立葉可以增加光合作用效率和籽粒灌漿過程中氮的儲(chǔ)備，有利于植株的密植，從而 提高產(chǎn)量；并且已有報(bào)道表明水稻直立葉株型能夠增加水稻的生物量和籽粒產(chǎn)量。葉枕連 接了葉片和葉鞘，葉枕對(duì)葉片從主軸的水平彎曲起到了非常顯著的影響，并且任何能使葉 枕異常生長(zhǎng)發(fā)育的因素都會(huì)導(dǎo)致葉夾角的改變。研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)已經(jīng)被鑒定的水稻葉夾角 改變的突變體，其葉夾角的增大或減小都是由于葉枕近軸端細(xì)胞異常分化和伸展引起的， 證明了葉枕的生長(zhǎng)發(fā)育在葉夾角形成過程中的重要性。大多數(shù)被鑒定的水稻葉夾角相關(guān)突 變體與植物激素的合成和信號(hào)密切相關(guān)，特別是BR的合成和信號(hào)。另外，還存在一些調(diào)控 葉夾角的非激素相關(guān)途徑的基因。
[0004] 因此，發(fā)掘和克隆新的調(diào)控水稻粒型和葉夾角的基因，研究這些基因的功能，對(duì)進(jìn) 一步提高水稻產(chǎn)量具有重要的理論指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供與水稻粒型和葉夾角相關(guān)的蛋白及其編碼基因的應(yīng)用。
[0006] 粒型和葉夾角相關(guān)的蛋白SLG在改造水稻粒型和株型的育種中的應(yīng)用，其中，所 述的蛋白SLG來自水稻品種日本晴，是如下（a)或（b)的蛋白質(zhì)：
[0007] (a)由SEQ ID NO. 1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；
[0008] (b)將SEQ ID NO. 1的氨基酸序列經(jīng)過一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失 和/或添加且與谷蛋白分選相關(guān)的由序列2衍生的蛋白質(zhì)。
[0009] SEQ ID NO. 1所示的序列由445個(gè)氨基酸殘基組成，自氨基末端第13至439位為 酰基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域。
[0010] 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。 上述（b)中的SLG的編碼基因可通過將SEQ ID NO. 2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(duì)的錯(cuò)義突變，和/或在其5'端和/或3' 端連上表1所示的標(biāo)簽的編碼序列得到。
[0011] 基因 SLG在改造水稻粒型和株型的育種中的應(yīng)用，其中，基因 SLG為上述蛋白SLG 的編碼基因，可為如下1)或2)或3)或4)的DNA分子：
[0012] I) SEQ ID NO. 2 所示的 DNA 分子；
[0013] 2) SEQ ID NO. 3 所示的 DNA 分子；
[0014] 3)在嚴(yán)格條件下與1)或2)限定的DNA序列雜交且編碼所述蛋白的DNA分子；
[0015] 4)與1)或2)或3)限定的DNA序列具有90%以上同源性，且編碼造粉體發(fā)育相 關(guān)蛋白的DNA分子。
[0016] SEQ ID NO. 2由1338個(gè)核苷酸組成。
[0017] 所述嚴(yán)格條件可為在0.1 X SSPE (或0.1 XSSC)，0. 1% SDS的溶液中，在65°C下雜 交并洗膜。
[0018] 含有所述的基因 SLG的重組表達(dá)載體在改造水稻粒型和株型的育種中的應(yīng)用。
[0019] 可用現(xiàn)有的植物表達(dá)載體構(gòu)建含有所述基因的重組表達(dá)載體。
[0020] 所述植物表達(dá)載體包括雙元農(nóng)桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等。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(hào)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(hào)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珉僦铣擅窷os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)均具有類似功能。
[0021] 使用所述基因構(gòu)建重組植物表達(dá)載體時(shí)，在其轉(zhuǎn)錄起始核苷酸前可加上任何一種 增強(qiáng)型啟動(dòng)子或組成型啟動(dòng)子，如花椰菜花葉病毒（CAMV) 35S啟動(dòng)子、玉米的泛素啟動(dòng)子 (Ubiquitin)，它們可單獨(dú)使用或與其它的植物啟動(dòng)子結(jié)合使用；此外，使用本發(fā)明的基因 構(gòu)建植物表達(dá)載體時(shí)，還可使用增強(qiáng)子，包括翻譯增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子，這些增強(qiáng)子區(qū)域可 以是ATG起始密碼子或鄰接區(qū)域起始密碼子等，但必需與編碼序列的閱讀框相同，以保證 整個(gè)序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號(hào)和起始密碼子的來源是廣泛的，可以是天然的，也 可以是合成的。翻譯起始區(qū)域可以來自轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域或結(jié)構(gòu)基因。
[0022] 為了便于對(duì)轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞或植物進(jìn)行鑒定及篩選，可對(duì)所用植物表達(dá)載體進(jìn)行 加工，如加入可在植物中表達(dá)的編碼可產(chǎn)生顏色變化的酶或發(fā)光化合物的基因（GUS基因、 螢光素酶基因等）、具有抗性的抗生素標(biāo)記物（慶大霉素標(biāo)記物、卡那霉素標(biāo)記物等）或是 抗化學(xué)試劑標(biāo)記基因（如抗除莠劑基因）等。從轉(zhuǎn)基因植物的安全性考慮，可不加任何選 擇性標(biāo)記基因，直接以逆境篩選轉(zhuǎn)化植株。
[0023] 所述重組表達(dá)載體可為在pCUbi 1390載體的多克隆位點(diǎn)KpnI和SpeI之間 插入所述基因（SLG)得到的重組質(zhì)粒。所述重組質(zhì)粒具體可為pCUbil390-SLG;所述 pCUbi 1390-SLG是將由SLGcDNA片段通過雙酶切雙連接技術(shù)插入到pCUbi 1390多克隆位點(diǎn) KpnI和SpeI之間得到的。
[0024] 將含有 SLG 的 pCUb i 1390 命名為 pCUb i 1390-SLG。
[0025] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種培育粒型和葉夾角發(fā)生變化的轉(zhuǎn)基因植物的方 法。
[0026] 本發(fā)明提供的培育粒型和葉夾角發(fā)生變化的轉(zhuǎn)基因植物的方法，是將所述基因?qū)?入正常的植物中，得到粒型和葉夾角發(fā)生變化的轉(zhuǎn)基因植物；所述正常植物為粒型和葉夾 角正常的植物；所述粒型和葉夾角發(fā)生變化的轉(zhuǎn)基因植物為籽粒長(zhǎng)度增加、寬度減小，葉夾 角增大的轉(zhuǎn)基因植物。具體來說，所述基因通過所述重組表達(dá)載體導(dǎo)入正植物中；所述粒型 和葉夾角發(fā)生變化的植物可為SLG。
[0027] 所述蛋白、所述基因、所述重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌或所述 方法均可應(yīng)用于水稻育種。
[0028] 利用任何一種可以引導(dǎo)外源基因在植物中表達(dá)的載體，將編碼所述蛋白的基因?qū)?入植物細(xì)胞，可獲轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系及轉(zhuǎn)基因植株。攜