調(diào)節(jié)植物株型和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及植物學(xué)和基因技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明設(shè)及調(diào)節(jié)植物株型和產(chǎn)量 的基因及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 禾本科植物，特別是水稻作為重要糧食作物，養(yǎng)育了約世界1/2人口，然而隨著人 口繼續(xù)增加和可用耕地的減少，進一步提高單位面積植物產(chǎn)量成為當(dāng)前育種的主要目標(biāo)。 挖掘新的種質(zhì)資源及其優(yōu)勢基因成為實現(xiàn)該目標(biāo)的有效途徑。上世紀(jì)50-60年代，矮桿品 種矮腳南特水稻的發(fā)現(xiàn)為世界糧食生產(chǎn)帶來了第一次綠色革命，該品種GA20氧化酶突變 產(chǎn)生半矮桿表型，增加了水稻植株的抗倒伏和耐肥料能力，并最終提高了收獲指數(shù)。隨著矮 化育種的進行，一些限制因素也逐漸體現(xiàn)，矮化品種分葉旺盛，但也會產(chǎn)生很多無效分葉， 運些分葉與有效分葉競爭，降低結(jié)實率。針對運一情況，菲律賓國際水稻所（IRRI)在上個 世紀(jì)90年代提出了新的育種策略，即選擇的品種應(yīng)該具備分葉減少，穗大且莖桿粗壯的特 點，運樣可W保證所有分葉都長成有效穗并增加庫容同時具備抗倒伏的能力，具備運些特 點的品種被稱作新株型品種，發(fā)掘新株型種質(zhì)及其調(diào)控序列將加速其育種進程，快速改良 現(xiàn)有品種。
[0003] 莖桿是水稻穗子的主要支撐器官，在適度植株高度下，莖桿粗壯是水稻品種尤其 是大穗品種在后期成熟時抗倒伏的關(guān)鍵因素，另外，莖桿中大、小維管束的數(shù)目與穗分支數(shù) 目相關(guān)性顯著，莖桿粗壯的品種一般穗也較大。株高降低會導(dǎo)致干物質(zhì)降低，而莖桿粗壯能 夠彌補運一缺陷，其作為儲藏器官積累更多的光合產(chǎn)物用于成熟期谷粒灌漿。因此，莖桿可 W作為一個株型指標(biāo)來衡量水稻產(chǎn)量潛力，并用于探索新株型水稻的遺傳機制。
[0004] 穗形態(tài)是產(chǎn)量的重要組成元件，包括穗一級分支，穗二級分支，穗長W及穗密度， 多個基因參與對運些性狀的調(diào)控。基因聚合是常規(guī)育種中的一種有效策略，即將控制重要 農(nóng)藝性狀的不同遺傳位點（基因）導(dǎo)入相同的品種，從而改良對應(yīng)品種。因此，將控制穗形 態(tài)的不同基因采用聚合的方法導(dǎo)入同一品種中，可實現(xiàn)對穗形態(tài)的調(diào)控，從而提高產(chǎn)量。
[0005] 作為一個重要農(nóng)作物，水稻經(jīng)歷了從野生稻到栽培稻的馴化過程，運一過程產(chǎn)生 了許多種質(zhì)資源，運些資源包含大量的優(yōu)良自然變異，盡管目前水稻育種技術(shù)和流程已經(jīng) 十分完善，但目前已經(jīng)遇到瓶頸，現(xiàn)有基因庫趨于狹窄，為了進一步提高產(chǎn)量，急需尋找新 的自然變異來改良現(xiàn)有品種，尋找合適的種質(zhì)是實現(xiàn)運一愿望的重要前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)節(jié)植物株型和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用。
[0007] 在本發(fā)明的第一方面，提供一種分離的多核巧酸，所述的多核巧酸選自：
[000引 （1)核巧酸序列如SEQ ID NO: 1 (qWS8)和/或SEQ ID NO: 16 (qPL6)所示的多核巧 酸；
[000引 似與（1)限定的核巧酸序列有90 % W上（優(yōu)選95% W上，更優(yōu)選98% W上，最 優(yōu)選99% W上）相同性且具有與（I)的多核巧酸相同功能的核巧酸序列；
[0010] (3)與（1)-(2)任一限定的核巧酸序列互補（優(yōu)選完全互補）的核巧酸序列；
[0011] (4)核巧酸序列在嚴(yán)格條件下能夠與（1)限定的核巧酸序列雜交且具有與（1)的 多核巧酸相同功能的多核巧酸。
[0012] 在本發(fā)明的另一方面，提供所述的多核巧酸的用途，用于改良禾本科植物或用于 制備改良的禾本科植物；所述的改良禾本科植物包括：促進禾本科植物莖的直徑增加；促 進禾本科植物穗一級分支數(shù)，穗二級分枝數(shù)，每穗小穗數(shù)，單穗穗重或穗長的增加；促進禾 本科植物莖桿的大、小維管束數(shù)目增加；適度減少禾本科植物的分葉數(shù)；促進禾本科植物 莖壁厚度增加；促進禾本科植物株高的增加；促進禾本科植物的產(chǎn)量增加；促進禾本科植 物的抗倒伏能力。
[0013] 在本發(fā)明的另一方面，提供所述的多核巧酸（SEQ ID N0:1所示的多核巧酸，qWS8) 的用途，用于作為分子標(biāo)記、篩選具有良好株型或產(chǎn)量高的禾本科植物品種。
[0014] 在本發(fā)明的另一方面，提供所述的多核巧酸（qWS8)的用途，用于調(diào)控其下游的 S化14基因的表達。
[0015] 在一個優(yōu)選例中，所述的禾本科植物包括：水稻，小麥，大麥、玉米、黑麥、高梁。
[0016] 在本發(fā)明的另一方面，提供一種制備改良的禾本科植物的方法所述方法包括：將 所述的至少一條（1-2條）多核巧酸導(dǎo)入到需改良的禾本科植物中。
[0017] 在一個優(yōu)選例中，所述的方法是雜交的方法，包括：
[0018] (1)提供禾本科植物的親本1和親本2,親本1是需改良的禾本科植物，親本2是 基因組中包含所述的多核巧酸的禾本科植物；
[0019] (2)將親本1與親本2進行雜交，獲得雜交Fl代；
[0020] (3)從獲得的Fl代中篩選包含所述的至少一條多核巧酸的植株，將其與親本1回 交；
[0021] (4)重復(fù)步驟（3) 2~10次（如3次、5次、10次）；
[0022] (5)獲得包含所述的至少一條多核巧酸且背景為親本1的改良的禾本科植物。
[0023] 在另一優(yōu)選例中，所述的親本2是WS3植株。
[0024] 在另一優(yōu)選例中，所述的親本1是梗稻品種日本晴，早釉品種ZS97,如有其它估計 可行的請補充。
[00巧]在另一優(yōu)選例中，所述的包含所述的多核巧酸（qWS8)且背景為親本1的改良的禾 本科植物可W繼續(xù)傳代，如形成F2代、F3代等。
[0026] 在另一優(yōu)選例中，步驟（3)包括：從獲得的Fl代中篩選同時包含SEQ ID NO: 1序 列（9胖58)和569 10^:16序列（9?16)的植株，將其與親本1回交。
[0027] 在另一優(yōu)選例中，利用選自下組的分子標(biāo)記篩選包含所述的多核巧酸（qWS8)的 植株：
[0028] 如沈Q ID NO: 10 和沈Q ID NO: 11 的引物；
[0029] 如沈Q ID NO: 17和沈Q ID NO: 18的引物，和/或限制性酶BcnI或HpaII (針對 基因組中25370795位點）；
[0030] 如沈Q ID NO: 19和沈Q ID N0:20的引物，和/或限制性酶VspI (針對基因組中 25368203 位點）；
[003。 如沈Q ID N0:21和沈Q ID N0:22的引物，和/或限制性酶化eIII(針對基因組 中 25374393 位點）；
[0032] 如沈Q ID NO: 33和沈Q ID NO: 34的引物，和/或限制性酶HaeIII ;
[0033] 如沈Q ID NO:35 和沈Q ID NO:36 的引物；
[0034] 如沈Q ID NO:37 和沈Q ID NO:38 的引物；
[0035] 如沈Q ID NO:39 和沈Q ID NO:40 的引物；
[0036] 如沈Q ID NO:41 和沈Q ID NO:42 的引物；
[0037] 如沈Q ID NO:43和沈Q ID NO:44的引物，和/或限制性酶BamHI ;
[0038] 如沈Q ID NO: 45和沈Q ID NO: 46的引物和/或限制性酶AsuII ;和/或
[0039] 如沈Q ID NO:47和沈Q ID NO:48的引物和/或限制性酶Tsp451。
[0040] 在另一優(yōu)選例中，利用選自下組的標(biāo)記篩選包含SEQ ID NO: 16序列（qPL6)的植 株：
[0041] 如沈Q ID NO: 23和沈Q ID NO: 24的引物，和/或限制性酶BamHI ;
[0042] 如沈Q ID NO: 25和沈Q ID NO: 26的引物，和/或限制性酶HaeIII ;
[0043] 如沈Q ID NO: 27和沈Q ID NO: 28的引物，和/或限制性酶HinfI ;
[0044] 如沈Q ID NO: 29和沈Q ID NO: 30的引物，和/或限制性酶HaeIII ;
[0045] 如沈Q ID NO: 31和沈Q ID NO: 32的引物，和/或限制性酶HinfI ;
[0046] 如沈Q ID NO:49 和沈Q ID NO:50 的引物；
[0047] 如沈Q ID NO:51 和沈Q ID NO:52 的引物；
[0048] 如沈Q ID NO:53和沈Q ID NO:54的引物；和/或
[0049] 如沈Q ID NO:55 和沈Q ID NO:56 的引物。
[0050] 在另一優(yōu)選例中，所述的方法是轉(zhuǎn)基因的方法，包括：
[0051] (i)提供攜帶表達載體的農(nóng)桿菌，所述的表達載體含有至少一條所述的多核巧 酸；
[0052] (ii)將禾本科植物組織或器官與步驟（i)中的農(nóng)桿菌接觸，從而使所述的至少一 條多核巧酸轉(zhuǎn)入禾本科植物。
[0053] 在另一優(yōu)選例中，所述方法還包括：
[0054] (iii)選擇出轉(zhuǎn)入了所述的多核巧酸的禾本科植物組織或器官；W及 [00巧](iv)將步驟（iii)中的植物組織或器官再生并選出轉(zhuǎn)基因植物。
[0056] 在另一優(yōu)選例中，所述的禾本科植物包括：水稻，小麥，大麥、玉米、黑麥、高梁。
[0057] 在本發(fā)明的另一方面，提供一種載體，它含有所述的多核巧酸。
[0058] 在本發(fā)明的另一方面，提供一種遺傳工程化的宿主細胞，它含有所述的載體。
[0059] 在本發(fā)明的另一方面，提供一種鑒定具有良好株型或產(chǎn)量高的禾本科植物品種的 方法，所述方法包括：對于待測禾本科植物（如植物種子），分析其基因組中是否具有所述 的多核巧酸（SEQ ID NO: 1或SEQ ID NO: 16)，若具有，則表明該植物是具有良好株型或產(chǎn)量 高的禾本科植物品種。
[0060] 在一個優(yōu)選例中，利用沈Q ID NO: 10和沈Q ID NO: 11的引物、或沈Q ID NO: 17和 SEQ ID NO: 18的引物、或沈Q ID NO: 19和沈Q ID N0:20的引物、或沈Q ID N0:21和沈Q ID N0:22的引物、或沈Q ID N0:33和沈Q ID N0:34的引物、或沈Q ID N0:35和沈Q ID N0:36的引物、或沈Q ID N0:37和沈Q ID N0:38的引物、或沈Q ID N0:39和沈Q ID N0:40 的引物、或沈Q ID N0:41和沈Q ID N0:42的引物；或沈Q ID N0:43和沈Q ID N0:44的引 物；或沈Q ID NO: 45和沈Q ID NO: 46的引物；或沈Q ID NO: 47和沈Q ID NO: 48的引物來 對測禾本科植物的基因組進行擴增，W確定是否存在所述的多核巧酸（qWS8)。
[0061] 在另一優(yōu)選例中，所述的方法還包括對于待測禾本科植物（如植物種子），分析其 基因組中是否具有SEQ ID NO: 16的多核巧酸，若具有，則表明該植物是具有良好株型或產(chǎn) 量高的禾本科植物品種；較佳地，利用SEQ ID N0:23和SEQ ID N0:24的引物、或SEQ ID N0:25和沈Q ID N0:26的引物、或沈Q ID N0:27和沈Q ID N0:28的引物、或沈Q ID N0:29 和沈Q ID N0:30的引物、或沈Q ID N0:31和沈Q ID N0:32的引物、或沈Q ID N0:49和 SEQ ID N0:50的引物、或沈Q ID N0:51和沈Q ID N0:52的引物、或沈Q ID N0:53和沈Q ID N0:54的引物、或SEQ ID N0:55和SEQ ID N0:56的引物，來對測禾本科植物的基因組進 行擴增，W確定是否存在SEQ ID NO: 16 (qPL6)的多核巧酸。
[0062] 在另一優(yōu)選例中，利用限制性內(nèi)切酶進行酶切來對待測禾本科植物的基因組進 行酶切，根據(jù)酶切獲得的條帶位置不同來確定待測禾本科植物中是否存在所述的多核巧 酸（qWS8)，若存在對應(yīng)于所述的多核巧酸的特異性條帶，則表明該植物是具有良好株型或 產(chǎn)量高的禾本科植物品種；較佳地，所述的限制性內(nèi)切酶選自（但不限于）：甜al，EcoRI, 化〇1，SacI，MieI，SpeI (單酶切或雙酶切組合）。
[0063] 在本發(fā)明的另一方面，提供用于鑒定性狀發(fā)生改良的禾本科植物的引物（或引物 集），所述的引物包括姻沈Q ID NO: 10和沈Q ID NO: 11的引物姻沈Q ID NO: 17和沈Q ID NO: 18的引物；女曰沈Q ID NO: 19和沈Q ID NO:20的引物；女曰沈Q ID NO:21和沈Q ID N0:22的引物；如沈Q ID N0:33和沈Q ID N0:34的引物；女曰沈Q ID N0:35和沈Q ID N0:36 的引物；女曰沈Q ID NO:37和沈Q ID NO:38的引物；女曰沈Q ID NO:39和沈Q ID NO:40的 引物；如 SEQ ID N0:41 和 SEQ ID N0:42 的引物；如 SEQ ID N0:43 和 SEQ ID N0:44 的引 物；如沈Q ID NO:45和沈Q ID NO:46的引物；如沈Q ID NO:47和沈Q ID NO:48的引物； 如沈