一种芒、粒长及每穗粒数的调控基因及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种芒、粒长及每穗粒数的调控基因及其应用。首次揭示通过在禾谷类作物中定向调控An-1基因表达水平，可显著调节作物的产量、芒性状、种子形态、种子数量性状、穗型结构等重要的性状，进而达到改良禾谷类作物、增加产量等目的。

【技术实现步骤摘要】
一种芒、粒长及每穗粒数的调控基因及其应用
本专利技术属于生物技术和植物学领域；更具体地，本专利技术涉及一种芒、粒长及每穗粒数的调控基因及其应用。
技术介绍
随着全球耕地面积的逐年减少，农作物的产量难以维持人类的发展。虽然粮食作物的亩产在增加，但总产量难以维持增势。根据联合国粮农组织发布的报告，全球面临较大的粮食危机。一些主要粮食作物的品种改良显得极为迫切。水稻是全世界一半以上人口的主要粮食作物。亚洲栽培稻(OryzasativaL.)主要分为籼稻(OryzasativaL.ssp.Indica)和粳稻(OryzasativaL.ssp.Japonica)两个亚种。就其起源，研究显示亚洲栽培稻可能是由普通野生稻(OryzarufipogonGriff.)经过驯化而来的。在人工选择的作用下，与野生稻相比，栽培稻的性状发生了明显的变化，这些变化使得栽培稻更加适合早期的农业种植，为人类提供了可靠的食物来源。如落粒性的降低，直立生长，枝梗数目和小穗数目的增加，种子附属物芒的退化消失，甚至种子壳色和果皮颜色都发生了变化。因此人工驯化基因的克隆，不仅让本专利技术人逐步了解人工选择的机制和栽培稻性状的起源，也为新一代分子育种提供性状改良的分子调控信息。人工驯化基因一般是通过图位克隆技术完成的，即通过野生祖先种和栽培种杂交，利用杂交后代对数量性状(QuantitativeTraitLocus，QTL)进行遗传作图分析，同时制备高世代回交材料将QTL位点分离为孟德尔遗传的单因子，再进行精细定位和基因克隆。目前水稻中已有多个与驯化相关的基因被克隆，比如控制落粒的基因qSH1、SH4，控制分蘖角度的基因PROG1，控制红色米皮的基因Rc，控制黑色颖壳的基因Bh4、控制粒宽的基因qSW5和控制糯质的基因Wx。对驯化基因的研究显示性状变化的分子机制十分复杂。有些基因的自然突变直接破坏基因功能从而使表型发生变化，如PROG1、Bh4、Rc。有些基因则是通过蛋白质修饰或者调控变化来改变表型，如qSH1在5’调控区的一个SNP变化导致离层的缺失，SH4在编码区的一个SNP变化引起单氨基酸替换使落粒性降低。栽培稻分为粳稻和籼稻加大了水稻驯化的复杂性，最近的研究表明SH4、PROG1、qSW5、Bh4的等位变异在粳稻和籼稻中固定下来，Rc和Wx只在粳稻群体中固定。野生稻的种子普遍具有长芒，芒在种子传播和防止鸟兽食用起着重要的作用；但是具芒的种子不易收获和储存，芒在人工选择中逐渐退化丧失，致使大部分栽培稻无芒。很多禾谷类作物种子都有芒，如大麦、小麦、燕麦、黑麦和水稻等，芒是这些植物穗部的一个重要组成部分。在小麦中，芒是重要的光合器官之一，其同化产物直接运往所着生的小穗，特别是在灌浆后期对籽粒充实起重要的作用，从农业生产上看，小麦的有芒品系普遍具有较高的产量，芒在小麦中的增产作用使其在漫长的作物驯化过程中被保留下来。与小麦相比，水稻的芒在从野生稻驯化到栽培稻的过程中慢慢退化，因而现在的大部分栽培稻是无芒或短芒品种。长期的QTL研究显示野生稻的芒是由多基因控制的，且易受到环境因素影响，控制芒的QTL分布在多条染色体上，但目前尚未见相关基因克隆和功能研究的详细报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种芒、粒长及每穗粒数的调控基因及其应用。在本专利技术的第一方面，提供一种调控禾谷类作物农艺性状和/或产量性状的方法，所述方法包括：调节禾谷类作物中An-1基因的表达。在一个优选例中，所述的禾谷类作物是禾本科植物；较佳地，所述的禾本科植物是水稻，大麦、小麦、燕麦、黑麦；和/或所述的农艺性状包括：芒性状、种子形态、种子数量性状、穗型结构(如枝梗数)。在另一优选例中，所述的An-1基因编码：(a)如SEQIDNO:2或SEQIDNO:4氨基酸序列的多肽(An-1多肽)；(b)将SEQIDNO:2或SEQIDNO:4氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-10；更佳地1-5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；或(c)与(a)限定的多肽序列有80％(较佳地90％；更佳地95％；更佳地98％)以上同源性且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽。在另一优选例中，所述的An-1基因具有SEQIDNO:1或SEQIDNO:3所示的核苷酸序列或其简并的序列。在另一优选例中，所述调控禾谷类作物农艺性状和/或产量性状的方法包括：降低禾谷类作物中An-1的表达；从而：增加产量；降低粒长；增加每穗种子颗粒数；增加每穗枝梗数；缩短种子的芒长；和/或减少种子的有芒率。在另一优选例中，所述降低禾谷类作物中An-1基因的表达包括：将下调An-1基因转录、蛋白表达或蛋白活性的下调剂转入禾谷类作物中；较佳地，所述的下调剂是特异性干扰An-1基因转录的干扰分子。在另一优选例中，所述的干扰分子是以An-1基因或其转录本为抑制或沉默靶标的dsRNA、反义核酸、小干扰RNA、微小RNA，或能表达或形成所述dsRNA、反义核酸、小干扰RNA、微小RNA的构建物；较佳地，所述的干扰分子是以SEQIDNO:1或SEQIDNO:3(较佳地，针对SEQIDNO:1或3序列的3’UTR的一部分(SEQIDNO:5))作为沉默靶标的dsRNA或构建物。在另一优选例中，所述的干扰分子是构建物，含有式(I)所示的结构：Seq正向-X-Seq反向式(I)，式(I)中，Seq正向为SEQIDNO:5所示的多核苷酸，Seq反向为与Seq正向互补的多核苷酸；X为位于Seq正向和Seq反向之间的间隔序列，并且所述间隔序列与Seq正向和Seq反向不互补。在另一优选例中，所述降低禾谷类作物中An-1基因的表达的方法包括：(i)提供携带可干扰基因表达的载体的农杆菌，所述的载体选自下组：(a)含有反方向启动的An-1基因或基因片段(反义分子)的载体；(b)含有可在植物体内形成特异性干扰An-1基因表达(或转录)的成分的干扰分子(如式(I)构建物)的载体；(ii)将植物的组织或器官与步骤(i)中的农杆菌接触，从而使所述载体转入植物组织或器官。较佳地，所述降低禾谷类作物中An-1基因的表达的方法还包括：(iii)选择出转入了所述载体的植物组织或器官；和(iv)将步骤(iii)中的植物组织或器官再生成植物。在另一优选例中，所述调控禾谷类作物农艺性状和/或产量性状的方法包括：提高禾谷类作物中An-1基因的表达，从而：增加种子的粒长；减少每穗种子颗粒数；减少每穗枝梗数；增加种子的芒长；和/或增加种子的有芒率。在另一优选例中，所述提高禾谷类作物中An-1基因的表达包括：将An-1基因转入禾谷类作物，获得转化的禾谷类作物。在另一优选例中，所述提高禾谷类作物中An-1基因表达的方法包括：(S1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有An-1基因；(S2)将植物的细胞或组织或器官与步骤(S1)中的农杆菌接触，从而使所述的多核苷酸转入植物组织、器官或种子。较佳地，所述提高禾谷类作物中An-1基因表达的方法还包括：(S3)选择出转入了所述的An-1基因的植物组织、器官或种子；和(S4)将步骤(S3)中的植物组织、器官或种子再生成植物。在本专利技术的另一方面，提供一种An-1基因的用途，用于调控禾谷类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控禾谷类作物农艺性状和/或产量性状的方法，其特征在于，所述方法包括：调节禾谷类作物中An‑1基因的表达。

【技术特征摘要】
1.一种调控禾谷类作物农艺性状和/或产量性状的方法，其特征在于，所述方法包括：调节禾谷类作物中An-1基因的表达；其中，所述的An-1基因编码如SEQIDNO:2或SEQIDNO:4氨基酸序列的多肽；所述的农艺性状选自：芒性状、种子形态、种子数量性状、穗型结构。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的禾谷类作物是禾本科植物。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：降低禾谷类作物中An-1的表达；从而：增加产量；降低粒长；增加每穗种子颗粒数；增加每穗枝梗数；缩短种子的芒长；和/或减少种子的有芒率。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述降低禾谷类作物中An-1基因的表达包括：将下调An-1基因转录、蛋白表达或蛋白活性的下调剂转入禾谷类作物中；所述的下调剂是特异性干扰An-1基因转录的干扰分子。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的干扰分子是以An-1基因或其转录本为抑制或沉默靶标的dsRNA、反义核酸、小干扰RNA、微小RNA，或能表达或形成所述dsRNA、反义核酸、小干扰RNA、微小RNA的构建物。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的干扰分子是以SEQIDNO:1或SEQIDNO:3作为沉默靶标的dsRNA或构建物。7.如权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩斌，刘惠，罗江虹，周桃英，顾本国，朱静洁，上官颖颖，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31