水稻粒宽基因GW5L及其应用制造技术

本发明专利技术公开了水稻粒宽基因

【技术实现步骤摘要】
水稻粒宽基因GW5L及其应用
本专利技术涉及生物
，具体涉及水稻粒宽基因GW5L编码区的分离及其应用。
技术介绍
水稻（OryzasativaL.）是世界上重要的粮食作物，世界上一半以上的人口以稻米为主食，也是我国第一大粮食作物。长期以来，为解决13亿的口粮问题，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。近年来，随着市场经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，市场对优质稻米的需求越来越强烈，人们对稻谷外观和蒸煮食味品质的要求也日益提高，尤其是在国际市场上这一问题尤为突出。加强稻米品质改良，选育优质高产水稻品种已成为当前我国水稻育种的当务之急。水稻粒型，包括粒长、粒宽和粒厚，是衡量稻米外观品质的重要指标，也是影响稻米市场价值的直接因素。不同地域，不同阶层，不同生活习惯的人群对稻米粒型的偏好不同，如在美国、东南亚以及我国南方的消费者偏好于长粒稻米，而我国北方以及日韩的消费者更喜欢短而圆的稻米。粒型也是育种家选育优质稻米品种的重要指标之一。鉴定和克隆水稻粒型的关键调控基因，解析其分子作用机理对于水稻高产优质育种具有重要的理论和应用价值。目前通过分子生物学手段鉴定和定位了200多个水稻粒型相关QTL（数量性状位点），其中103个与粒长有关，95个与粒宽有关，少数与长宽比及粒厚相关。仅有个别调控水稻粒型的基因被克隆，包括粒宽基因GW2、GW8、GW7、GW5及粒长基因GL3.1、GS2、GS3、GW5等。GW2（GRAINWIDTH2）位于第2染色体，编码一个E3泛素连接酶，通过泛素化降解细胞分裂相关蛋白影响水稻籽粒相关细胞的分裂，进而调控籽粒大小。GW2功能缺失引起颖壳外围细胞数目增多，导致籽粒变宽，并引起胚乳细胞变大，但不影响胚乳细胞数目，这表明GW2通过不同的机制控制颖壳和胚乳的发育过程。另外，gw2能显著提高灌浆速率和干物质积累。GL3.1/qGL3位于第3染色体，编码丝氨酸/苏氨酸磷酸酶，属于PPKL家族，是同时控制粒长、粒宽、粒厚与籽粒饱满度的QTL。GL3.1通过调控水稻细胞周期蛋白控制籽粒大小。GL3包含有两个Kelch结构域，其第二Kelch上AVLDT区域的第364位天冬氨酸发生突变会导致籽粒变长。GL3.1/qGL3蛋白对其底物Cyclin-T1的磷酸酶活性会影响细胞分裂周期，进而影响颖壳细胞数目及籽粒大小。GS2位于第2染色体，编码OsGRF4蛋白，是转录调控因子GRF家族的一员，包含QLQ结构域和WRC结构域。GL2/GS2表达量的增加导致细胞体积变大及细胞数目增多，进而增加籽粒重量。GS2与转录共激活子OsGRFs互作，调控细胞伸长和细胞分裂，影响水稻粒型和粒重。GS2是一个半显性的位点，品种ZH11和BDL的GS2存在两个碱基差异（第3外显子1187TC→AA），该二碱基的替换影响GS2与OsmiR396c的结合位点，当GS2突变为GS2AA后，影响OsmiR396对其的剪切，产生大粒表型。GS3是一个调控粒长和粒重的主效QTL，位于第3染色体，通过控制颖壳的细胞数目调节籽粒大小。GS3编码一个由232个氨基酸组成的跨膜蛋白。该蛋白包含4个结构域：一个调控器官大小的结构域OSR、一个跨膜结构域M、一个肿瘤坏死因子受体家族中富含半胱氨酸同源区域T和一个C型血管性血友病因子VWFC。结构域OSR负调控籽粒长度，而胞内的富含半胱氨酸区域和VWFC结构域抑制OSR结构域的功能。不同品种中GS3结构域的类型不尽相同，其特定结构域组合决定品种籽粒的大小。GW8又名OsSPL16，位于第8染色体，编码一个包含SBP结构域的转录因子，调控水稻粒宽。GW8参与调控细胞分裂的G1期到S期的转化过程，能正向调控细胞分裂相关基因的表达，导致细胞增殖。过表达GW8能促进细胞分裂和灌浆，从而增加粒宽和产量，而GW8基因被干扰导致水稻谷粒变细长。GW7/GL7是的一个控制粒长和粒宽的主效QTL，位于第7染色体。该基因编码一个TONNEAU1募集基序蛋白。上调GW7表达量能增加谷粒的纵向细胞分裂，并减少横向细胞分裂，导致谷粒变细长。携带GL7的近等基因系与其受体品种相比，其内颖和外颖表皮细胞的长度增加、宽度减少，淀粉颗粒变大而致密，稻米垩白度和垩白率降低。GW5是一个决定粒宽和粒重的主效QTL，位于第5染色体，主要存在于粳稻品种中，对粒宽和粒重的贡献较大。GW5编码一个功能未知的钙调蛋白，在籼稻与粳稻间该基因上游约5kb处存在1,212bp片段缺失差异，该片段直接影响了GW5在籼、粳稻中表达量，引起粒型变化。GW5蛋白位于细胞质膜上，能与水稻GSK2（拟南芥BIN2激酶的同源蛋白）互作，抑制水稻GSK2激酶的活性，导致下游BZR1和DLT转录因子磷酸化程度降低和非磷酸化蛋白积累增加，从而调控油菜素内酯的下游基因表达，引起籽粒改变。目前，对水稻粒型基因的分子调控机制及遗传网络的研究非常有限。克隆水稻中关键的粒型基因，解析粒型相关基因的遗传调控机理具有重要理论意义和应用价值。GW5L是粒宽基因GW5的一个同源基因（蛋白一致性73.4%），位于第1染色体，编码一个膜定位的功能未知的钙调蛋白。在水稻中过表达该基因能引起籽粒明显变窄变长、叶夹角增大。GW5L的克隆与功能分析，有助于水稻谷粒外观品质的改善及大米市场价值的提高。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种水稻粒宽基因，及其核苷酸序列与包含该基因的重组载体。专利技术人通过同源克隆的方式克隆了水稻粒型相关基因GW5L，进一步在水稻植株中过表达GW5L基因，发现转基因植株水稻粒宽显著减少，粒长显著增加，即成功改变了目的植株的粒型。本专利技术的一个目的是提供一种多肽，即蛋白GW5L，其氨基酸序列如SEQIDNO:2所示。将蛋白GW5L的编码基因导入目的植物，使目的植物过表达该多肽，即可使该植物的种子籽粒变窄变长。本专利技术的另一目的是提供编码前述多肽的寡核苷酸，即为GW5L基因，其核苷酸序列如SEQIDNO:1所示。将该基因导入目的植物，使目的植物过表达该多肽，即可使该植物的粒宽显著减少，粒长显著增加。本专利技术的又一目的是提供一种包含前面所述的寡核苷酸重组载体，其结构如图1所示。本专利技术的重组载体为在pCAMBIA1390载体的BamHⅠ、SpeI酶切位点间插入SEQIDNO:1所示的GW5L基因得到的载体。利用该重组载体将GW5L基因导入目的植物，使目的植物过表达该多肽，即可使该植物的粒宽显著减少，粒长显著增加。在本专利技术的再一目的是提供一种通过转基因获得的包含前述寡核苷酸转基因细胞系。利用该转基因细胞系培养获得的转基因植株也能够过表达该多肽，从而使转基因植株的籽粒变长变窄。本专利技术提供了如下1）-3）中任一种物质在调控植物粒型及培育粒型改变植物中的应用：1）蛋白GW5L；2）编码蛋白GW5L的DNA分子；3）含有编码蛋白GW5L的DNA分子的重组载体；所述蛋白GW5L为如下（1）或（2）：（1）由SEQIDNO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；（2）将SEQIDNO:2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的由（1）衍生的蛋白质。上述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多肽，其氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。

【技术特征摘要】
1.一种多肽，其氨基酸序列如SEQIDNO:2所示。2.编码权利要求1所述的多肽的核酸，其核苷酸序列如SEQIDNO:1所示。3.一种重组载体，其特征在于，包含权利要求2所述的核酸。4.如权利要求2所述的核酸在调控植物粒型中的应用。5.如权利要求4所述应用，其特征在于：通过使所述核酸过量表达，以获得所述调控植物粒型是籽粒粒长变长；进一步优选地通过转基因的方式达到过量表达的目的。...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷财林，田鹏，万建民，刘家范，赵志超，王洁，程治军，张欣，王久林，郭秀平，任玉龙，吴赴清，林启冰，朱杉杉，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11