microRNA172在调控水稻株高、穗型和叶片大小中的应用制造技术

本发明专利技术涉及植物基因工程技术领域，具体涉及microRNA172在调控水稻株高、穗型和叶片大小中的应用。本发明专利技术还提供了miR172的拮抗剂MIM172基因片段在水稻遗传改良的应用方法。miR172b是SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列；pri-miR172b是SEQ ID NO:2所示的核苷酸序列。超量表达pri-miR172b，导致水稻叶片变小、穗部枝梗和穗粒数减少。拮抗剂MIM172是SEQ ID NO:3所示的核苷酸序列，通过拮抗剂MIM172降低miR172的表达量会导致水稻株高变矮、叶片变大、穗部枝梗和穗粒数增加。这些结果表明miR172可以调节水稻的株型，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
microRNA172在调控水稻株高、穗型和叶片大小中的应用
本专利技术涉及植物基因工程
具体涉及一种microRNA172b(下文简写为miR172b)及其前体基因pri-microRNA172b(下文简写为pri-miR172b)、microRNA172(下文简写为miR172)拮抗剂MIM172在调控水稻株高、穗型和叶片大小中的应用。通过基因工程技术增加miR172b的表达量，会导致水稻穗部枝梗减少、穗粒数减少、叶片变短、叶片变窄；而使用拮抗剂MIM172(该拮抗剂是一段人工设计和合成的24bp长的基因片段，可以用来降低miR172的表达量)，则会导致水稻株高变矮、穗部枝梗增多、穗粒数增多、叶片变长、叶片变宽，这些结果表明通过操控miR172的表达量可以为改良水稻的株型提供一种方法。
技术介绍
随着全球人口的不断增长以及人类消费方式的改变，全球的粮食危机日益严峻。水稻是全球最重要的粮食作物之一，我国有超过一半的人口以稻谷为主粮，因此提高水稻的产量对保障国家的粮食安全具有重要的战略意义。上个世纪，因为矮化育种和杂种优势的利用，水稻的产量发生了两次质的飞越。但是近几十年来，水稻的产量却长期停滞不前，日益难以满足社会经济发展的需要，因此亟需新的技术和遗传资源用于改良水稻的产量、抗性、品质等重要农艺性状。水稻的产量与其株型密切相关，以理想株型为改良目标的育种模式在农业生产上受到高度的重视。水稻的株型主要包含株高、分蘖、穗型、根形态以及器官的大小和角度等内容(WangandLi，Molecularbasisofplantarchitecture.AnnuRevPlantBiol,2008,59:253-279)。其中株高、分蘖、穗型和粒重长期以来都是遗传改良的重要目标性状。株高是与水稻产量、光合作用以及与抗倒伏性密切相关的性状，上个世纪以降低株高为育种目标的第一次“绿色革命”极大的提高了全球农作物的产量。随着遗传学和分子生物学的发展，现已阐明激素特别是赤霉素和油菜素甾醇在调节植物的株高中发挥关键的作用(WangandLi,Molecularbasisofplantarchitecture.AnnuRevPlantBiol,2008,59:253-279)。水稻的穗是农业生产上收获的目的器官，其形态和组成直接决定了水稻的产量。水稻的穗是一种圆锥花序，由花序分生组织发育而来，其一般可以产生一次枝梗和二次枝梗，在少数情况下也可以产生更高级的枝梗，枝梗会进一步的发育成为小穗进而产生花，花器官开花受精以后就会形成稻米。与拟南芥等植物不同，水稻穗型的发育过程是由一系列分生组织命运转变决定的。在合适的内外环境条件下，水稻由营养生长进入生殖生长，与此同时，顶端分生组织也会转变为花序分生组织，由花序分生组织产生一次枝梗分生组织，在产生一定数量的一次枝梗分生组织以后，花序分生组织会发生退化。而一次枝梗分生组织会产生更高级的二次枝梗分生组织，也会直接分化出小穗分生组织，而二次枝梗分生组织会重复一次枝梗分生组织的发育模式，最终枝梗分生组织都转变为小穗分生组织。而小穗分生组织则会产生花分生组织，进而产生花器官的分化。不同分生组织的转变时间在很大程度上决定了水稻的穗型(Kyozukaetal.,Controlofgrassinflorescenceformbythefine-tuningofmeristemphasechange.CurrOpinPlantBiol,2014,17:110-115)。如果花序分生组织维持的时间较长，就会产生更多的一次枝梗；而如果小穗分生组织分化被推迟的话，就可能产生更多的二次枝梗甚至三次枝梗，从而产生更多的穗粒数。鉴于穗型在农业生产上的重要意义，科学家已经发现了大量的控制穗型发育的基因，并且一些基因已经在育种实践中得到了应用(ZhangandYuan,Molecularcontrolofgrassinflorescencedevelopment.AnnuRevPlantBiol,2014,65:553-578)。植物的生长发育需要消耗大量的能量，而光合作用是植物最主要的能量来源。叶是植物进行光合作用最主要的器官，其生长发育不仅决定了植物的株型，同时也决定了植物进行光合作用，同化碳水化合物的能力。水稻的叶包括叶片和叶鞘，在二者的连接处还会形成叶枕，并且叶枕往往会分化出叶耳和叶舌。叶是由营养生长期的顶端分生组织发育而来的，由于生长素的极性运输会导致在分生组织的边缘处形成一个局部的生长素最大浓度的区域，在此区域中分生组织特异表达基因OSH1会被抑制，从而使得该区域的细胞最终分化为叶原基细胞，启动叶的发育程序。随着叶原基的发育，会逐步形成顶基极性、腹背极性和中边极性，从而决定叶的空间格局。叶片的最终尺寸则取决于细胞分裂和细胞延展的综合作用。microRNA(miRNA)是一类长度大约在20-24个核苷酸的内源性非编码的RNA分子，在几乎所有研究过的高等生物中都发现了大量的编码miRNA的基因存在。miRNA往往通过调节mRNA的稳定性或者调控蛋白质翻译过程来控制靶基因mRNA的活性，从而调节包括生长、发育、代谢、响应环境等在内的各个生命活动过程。因为其强大的生物学功能和复杂的调控机制，miRNA相关的研究已经成为当今生命科学的热门领域之一，并且有可能在农作物的遗传改良中发挥重要的作用。水稻体内编码多个miRNAs，但是绝大部分的生物学功能依然是未知的，亟需更多的工作来阐述这些小RNA的作用以及在水稻遗传改良中的利用价值。此外鉴于同一种miRNA往往是由多个前体基因编码的，因此获得特定miRNA的丧失功能突变体是非常困难的。有研究报道利用一种称为targetmimicry的技术可以有效的降低植物体内miRNA的表达量(Franco-Zorrillaetal.,TargetmimicryprovidesanewmechanismforregulationofmicroRNAactivity.NatGenet,2007,39:1033-1037)。该技术通过设计一种与目标miRNA部分匹配的模拟靶RNA，其可以与miRNA结合，但是不能被miRNA剪切。在植物体内超量表达这种模拟靶RNA就可以同目标miRNA结合，而阻止了miRNA对植物体内真正的靶基因的作用；同时模拟靶RNA还可以通过一种未知的机制导致目标miRNA被降解。虽然该技术可以用于干扰miRNA的活性，但是它还很少被用于水稻的遗传改良。本专利技术通过植物基因工程的手段，在水稻中研究miRNAs的功能，挖掘在农业生产上可能用于改变水稻株型的miRNAs，以便为水稻育种提供新的基因资源；并且利用targetmimicry的技术干扰这些miRNA的活性来改良水稻的农艺性状。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种miR172b及前体基因pri-miR172b、miR172拮抗剂MIM172在调控水稻株型中的应用。本专利技术的另外一个目的是提供一种超量表达miR172b和MIM172的载体，以及该载体在转基因水稻中的应用。同时本专利技术还提供一种通过调节miR172的表达量来改变水稻株型的方法。miR172b具有如SEQIDNO:1所示的核苷酸序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种microRNA172b的基因在调控水稻的株高、穗型和叶片尺寸中的应用，其特征在于，该基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。

【技术特征摘要】
1.一种microRNA172b的基因在调控水稻的株高、穗型和叶片尺寸中的应用，其特征在于，该基因的核苷酸序列如SEQIDNO:1所示。2.一种编码microRNA172b的前体基因pri-microRNA172b的基因片段在调控水稻的株高、穗型和叶片尺寸中的应用，其特征在于，该片段是SEQIDNO:2所述的序列。3.一种microRNA172的拮抗剂MI...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启发，王磊，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42