控制水稻粒型、外观品质和产量的基因GW7及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种控制水稻谷粒长和谷粒宽的基因GW7(SEQ ID NOs：1-4)及其应用。GW7可以控制水稻的谷粒长、谷粒宽和长宽比，提高水稻的稻米品质。GW7与gs3聚合后可以显著提高稻米产量，同时改良稻米品质。本发明专利技术还公开了利用GW7基因培育产量提高的作物的方法和培育具有提高的米质和产量的水稻品种的分子标记辅助选择聚合育种方法。GW7基因在水稻等作物的高产优质育种中具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于植物学和生物
具体地，本专利技术涉及一种控制水稻粒型和外观品质的基因GW7及其应用。本专利技术还涉及由该基因编码的多肽和该基因的启动子序列。
技术介绍
水稻(Oryza sativa L.)是我国第一大粮食作物，也是世界上主要粮食作物之一，全球近一半的人口以稻米为主食。近年来水稻种植面积持续下降，为解决粮食不足的问题，提高水稻单位面积产量就成为提高粮食总产量的最为重要的途径。水稻半矮化育种和杂种优势利用极大地提高了水稻的产量，为保障我国的粮食安全做出了巨大的贡献。但长期以来，为了解决庞大人口的吃饭问题，我国的水稻育种一直以高产作为主要目标而忽视了品质改良，导致目前我国水稻品种普遍存在高产而不优质的现状。随着人们生活水平的提高和稻米市场开放，稻米作为商品进行交易，人们对稻谷外观和蒸煮食味等品质的要求也日益提高，改良稻米品质的任务显得越来越迫切，选育优质高产的水稻新品种已成为我国水稻育种的重要方向。水稻粒型(粒长、粒宽和长宽比)直接与稻米产量与品质相关。水稻粒型性状的研究对提高稻米产量及品质的水稻育种具有非常重大的现实意义和理论价值。水稻谷粒形状是典型的数量性状，受多基因调控，遗传基础复杂。通过遗传杂交和分子标记技术对控制数量性状的QTL进行分解和定位克隆是研究粒形基因的有效手段。近年来，已通过该技术克隆了多个控制水稻粒形的基因，例如，控制水稻粒宽基因GW2(Song等，2007)，GW5(Shomura等，2008；Weng等，2008)，GS5(Li等，2011)和GW8(Wang等，2012)，以及控制粒长的基因gs3(Fan等，2006；Mao等，2010)。这些粒型基因的克隆与功能分析为基于改良粒型，提高稻米产量与品质的
分子设计育种打下了材料基础。
技术实现思路
本专利技术涉及一种控制水稻产量和品质的基因及其应用。本专利技术的目的在于提供一种从水稻中分离克隆控制水稻粒型(谷粒宽和谷粒长)和品质的重要功能基因及其应用。在本专利技术中将这种控制水稻粒型和品质的基因称为GW7。在本专利技术的第一方面中，通过利用杂交稻育种中优质的不育系材料泰丰A和华粳籼74构建分离群体，将GW7基因精细定位到水稻第7号染色体长臂端2.6Kb的物理范围内，并构建了华粳籼74背景下的近等基因系材料NIL-GW7。本专利技术的第二方面涉及控制水稻粒型和品质的基因GW7，其为一种分离的多核苷酸，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列：(1)SEQ ID NOs：1-4中的任何一个所示的核苷酸序列；(2)与(1)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列；(3)与(1)的核苷酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％或99％同一性的核苷酸序列；(4)与(1)的核苷酸序列编码相同氨基酸序列的蛋白质、但因遗传密码的简并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)编码如下氨基酸序列之一的核苷酸序列：SEQ ID NOs：7、8中任何一个所示的氨基酸序列，或者，由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs：7、8中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，与SEQ ID NOs：7、8中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的氨基酸序列；(6)(1)-(5)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或(7)与(1)-(5)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。其中，gw7和GW7的cDNA序列如SEQ ID NOs：1-4所示，其相关
启动子的核苷酸序列由SEQ ID NOs：5-6所示，其编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NOs：7-8所示。具体参见下表1。表1.SEQ ID NOs：1-8的序列名称及其来源优选地，本专利技术涉及的控制水稻谷粒宽、谷粒长和稻米外观品质的基因GW7如SEQ ID NO：2所示。本专利技术还涉及GW7的启动子序列，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列：(1)SEQ ID NOs：5和6所示的核苷酸序列；(2)与(1)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列；(3)与(1)的核苷酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的核苷酸序列；(4)(1)-(3)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或(5)与(1)-(4)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。本专利技术还涉及包含所述启动子序列的构建体，以及包含所述构建体的细胞，其中所述细胞为植物细胞，优选水稻细胞。本专利技术的第三方面涉及分离的多肽(也称蛋白质)，其由本专利技术所述的GW7基因编码，其包含从如下组氨基酸序列中选择的氨基酸序列：(1)SEQ ID NOs：7、8中任何一个所示的氨基酸序列，(2)由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，
1-5个，1-3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs：9、10、11中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，(3)与SEQ ID NOs：7、8中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％或99％同一性的氨基酸序列，(4)(1)或(2)或(3)所述氨基酸序列的活性片段，(5)由本专利技术的多核苷酸分子编码的氨基酸序列。其中，GW7蛋白序列及其变体蛋白的氨基酸序列由SEQ ID NOs：7、8所示，具体参见表1。本专利技术的第四方面涉及一种重组构建体，其含有本专利技术所述的控制水稻粒型和品质的基因GW7的多核苷酸序列。其中所述构建体所用的载体是克隆载体或者用于表达所述多核苷酸的表达载体。本专利技术的第五方面涉及一种重组宿主细胞，其含有本专利技术所述的重组构建体，或在其基因组中整合有本专利技术所述的控制水稻粒型和品质的基因GW7的多核苷酸序列。所述宿主细胞可以选自植物细胞或者微生物细胞，例如大肠杆菌细胞或农杆菌细胞，优选植物细胞，最优选水稻细胞。所述细胞可以是分离的、离体的、培养的或者是植物的一部分。本专利技术的第六方面涉及本专利技术的多核苷酸(即，控制水稻粒型和品质的基因GW7)或多肽或本专利技术的重组构建体或本专利技术的重组宿主细胞在改良作物植物性状(例如，提高作物产量)中的用途。本专利技术还涉及改良作物植物性状(例如，提高作物产量)的方法，该方法包括制备含有本专利技术的控制水稻粒型和品质的基因GW7的多核苷酸序列或本专利技术的构建体的作物植物，例如，所述方法可以包括：从含有本专利技术的控制水稻粒型和品质的基因GW7及其等位变异的重组植物细胞再生转基因植物或者将含有本专利技术所述的控制水稻粒型和品质的基因GW7及其等位变异的植株与另一植株杂交，或者利用包含GW7的重组农杆菌细胞转染作物植物获得转基因作物植株。所述性状包括但不限于：粒宽、粒长、长宽比、灌浆速率、产量和品质等。其中所述植株优选是粒型改变，长宽比增加，千粒重无明显改变但籽粒品质提高的植株，其中所述作物植物优选是农作物，例如水稻。在本专利技术的第七方面中，本专利技术提供所述GW7编码基因的用途，其用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离、克隆的控制水稻谷粒宽、谷粒长和稻米外观品质的基因GW7，其为一种分离的多核苷酸，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列：(1)SEQ ID NOs：1‑4中的任何一个所示的核苷酸序列；(2)与(1)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列；(3)与(1)的核苷酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的核苷酸序列；(4)与(1)的核苷酸序列编码相同氨基酸序列的蛋白质、但因遗传密码的简并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)编码如下氨基酸序列之一的核苷酸序列：SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列，或者，由于一或多个(例如1‑25个、1‑20个，1‑15个，1‑10个，1‑5个，1‑3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，与SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的氨基酸序列；(6)(1)‑(5)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或(7)与(1)‑(5)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。...

【技术特征摘要】
1.一种分离、克隆的控制水稻谷粒宽、谷粒长和稻米外观品质的基因GW7，其为一种分离的多核苷酸，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列：(1)SEQ ID NOs：1-4中的任何一个所示的核苷酸序列；(2)与(1)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列；(3)与(1)的核苷酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的核苷酸序列；(4)与(1)的核苷酸序列编码相同氨基酸序列的蛋白质、但因遗传密码的简并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)编码如下氨基酸序列之一的核苷酸序列：SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列，或者，由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，与SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的氨基酸序列；(6)(1)-(5)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或(7)与(1)-(5)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。2.一种分离的蛋白质，其由权利要求1的控制水稻谷粒宽、谷粒长和稻米外观品质的基因GW7编码，其包含从如下组氨基酸序列中选择的氨基酸序列：(1)SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列，(2)由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs：9-11中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，(3)与SEQ ID NOs：7和8中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70％、优选至少80％、更优选至少90％、尤其是至少95％或98％同一性的氨基酸序列，(4)(1)或...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅向东，王少奎，吴昆，刘倩，李姍，
申请(专利权)人：中国科学院遗传与发育生物学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11