涉及植物半矮化的sd1基因和其应用制造技术

本发明专利技术人推测ｓｄ１基因是Ｃ２０氧化酶基因，并且分离和鉴定了水稻的拟南芥Ｃ２０氧化酶基因的对应物。结果显示水稻ｓｄ１基因编码新的Ｃ２０氧化酶。进一步的研究显示该基因的突变导致植物半矮化。预计利用该植物ｓｄ１基因可以提高植物产量，尤其是有用农业作物和观赏植物等，通过矮化以赋予植物的审美价值，并且通过标记选择提高产量和有效培育矮化植物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分离和鉴定植物半矮化的基因和利用该基因的植物半矮化。
技术介绍
1956年在Taiwan，新的稻品种，台中本地1号(Taichung Native 1)具有在常规的籼稻品种中观察不到的高产量。“Taichung Native 1”由当地半矮化品种低脚鸟尖(Dee-geo-woo-gen)和抗病菜园品种(Tsai-yuang-chung)杂交育成。在1960年后期，相同的半矮化品种低脚鸟尖(Dee-geo-woo-gen)和印度尼西亚优质长秆(long-culm)稻品种“Peta”，于菲律宾国际水稻研究所(IRRI)，杂交育成。由于其显著改进了单位面积的产量，所以将该半矮化品种称作“奇迹稻(miracle rice)”。“奇迹稻”播种的日益扩大拯救了亚洲的食物危机并且也引起了“绿色革命”。Taichung Native 1和IR8对高产贡献的基因是源于低脚鸟尖(Dee-geo-woo-gen)的半矮化基因sd1。然而，时至今日，仅仅确定了sd1基因的大致染色体基因座(Maeda et al.，Breeding Science 47317-320，1997)。一般而言，植物，尤其是有用的农业作物例如水稻，如果想增加它们的产量则必须在非常肥沃的条件(即富集氮的条件)下种植。然而，在这种条件下植株会变得非常高使得其受台风等影响易于倒伏，结果是降低产量。解决该问题的一种方法是矮化植株并将它们在丰富的肥料条件下培养。sd1基因仅稍稍矮化植株，并没有因此而降低分蘖数和谷粒大小，或降低种子数。其还可以在丰富的肥料条件下抑制植物倒伏并改进株型。在这种情形下，sd1基因使表型不同于那些已知的矮化基因d1 and d61所诱导的表型(Ashikari M.et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA.，9610284-10289，1999；Yamamuro C.et al.，Plant Cell，121591-1605，2000)。这种抗倒伏的改善使得植物能在肥沃的条件下种植；同样地，株型的改善增强物质的生产能力和向谷粒和种子同化产物的分配率。时至今日，利用这些特性，许多水稻品种，包括在世界范围内有最大种植面积的IR64，已经通过回交被赋予了由sd1基因诱导的表型以育出新的水稻品种。另一方面，随着最近人口爆炸式的剧增，谷物产量需要进一步增加50％，因而迫切地需要培育出高产有用的作物品种。所以为了提高各种植物，特别是包括水稻(rice)的有用的农作物的产量，利用sd1基因诱导在肥沃条件下稳定地提高产量是有利的。然而，分离和鉴定包括水稻的植物的sd1基因尚未见报道。专利技术公开本专利技术是在这些情况下进行的。本专利技术的目的是提供一种涉及植物半矮化的sd1基因。此外，本专利技术另一目的是提供一种使用sd1基因使植物半矮化的方法。赤霉素(GA)，一种植物激素，在许多生长进程中，例如萌发，茎/叶的延伸，以及花芽的形成中涉及到。GA合成途径已经被详细研究，并且编码催化GA合成的酶的基因已经从拟南芥，水稻，玉米，南瓜等中分离出(Heddenand Kamiya，Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.48431-460，1997)。在涉及GA合成或遗传信息传递的基因变得异常时，植物不能将GA用于其生长，因而变得矮化。事实上，许多报道已经显示缺乏涉及GA合成或遗传信息传递的基因造成矮化突变(Hedden and Kamiya，Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.48431-460，1997)。因此，本专利技术人推测GA在水稻的半矮化中涉及到，并将GA应用于sd1突变的低脚鸟尖(Dee-geo-woo-gen)以检测GA反应。结果，使用GA导致低脚鸟尖(Dee-geo-woo-gen)茎/叶的延伸。此外，一种GA生物合成的酶，C20氧化酶，在GA生物合成途径中催化下面的步骤GA53-GA44-GA19-GA20和GA12-GA15-GA24-GA9。现在C20氧化酶已经从南瓜，拟南芥和水稻中分离出来(Lange et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA.，918552-8556，1994；Phillips et al.，Plant physiol.1081049-1057，1995；Xu et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA.，926640-6644，1995；Toyomasu etal.，Physiol.Plant.99111-118，1997)，并且据报道在拟南芥基因组中至少存在三种C20氧化酶基因(Phillips et al.，Plant Physiol.1081049-1057，1995)。由此可见，本专利技术人推测sd1基因是涉及GA合成的基因，尤其是植物基因组中重复出现的C20氧化酶基因。如果如此，这就解释了为什么水稻sd1基因不诱导植株形状的显著矮化。因此，本专利技术人意欲首先分离和鉴定了拟南芥C20氧化酶的水稻对应物(couterpart)。结果，本专利技术人成功地分离和鉴定了一种新的水稻GA C20氧化酶基因。此外，本专利技术人又研究该基因的染色体座位是否接近水稻sd1座位，以及在水稻半矮化品种中是否该新的水稻GA C20氧化酶基因突变。结果发现该基因的染色体基因座非常接近于水稻sd1的基因座。此外在确定和比较一些包含低脚鸟尖(Dee-geo-woo-gen)和相应野生型的sd1突变体中GA C20氧化酶基因的核苷酸序列时，该GA C20氧化酶基因在所有的突变体中sd1发生突变。因此，第一次表明水稻sd1基因等同于编码新的C20氧化酶的基因，暗示植物sd1基因(C20氧化酶基因)的突变会诱导植物的半矮化。植物sd1基因可通过标记选择而用于高效育种中。在利用常规杂交育种制备导有sd1基因的品种时，例如在将sd1基因导入日本最广泛种植的品种Koshihikari时，有必要通过将Koshihikari与IR64或具有sd1基因的品种杂交制备F1，接着将F1与Koshihikari重复回交直至除了sd1基因座的所有染色体被Koshihikari的那些所取代。由于利用sd1基因作为分子标记允许人们有效地选择Koshihikari取代的仅有sd1基因的个体，因而分离sd1基因节省了育种所需的大量时间和劳动，而且，植物sd1基因可以允许使用分子生物学技术诸如反义和RNAi方法制备植物转化体。还可预计促进有用农作物，包括谷物，诸如小麦，大麦，玉米，蔬菜和果树的产量提高，而且通过矮化增添赋予观赏植物，诸如观叶植物(foliage plants)的美学价值，培育新品种。具体地，本专利技术涉及分离和鉴定植物半矮化的基因，和利用该sd1基因使植物半矮化，更具体的是提供下述的用于半矮化植物的根据(a)到(c)中任一所述的DNA(a)编码与植物sd1基因转录产物互补的反义RNA的DNA；(b)编码具有特异切割植物sd1基因转录产物的核酶活性的RNA的DNA；和(c)编码通过共抑制效果抑制植物sd1基因表达的RNA的DNA；的DNA，其中所述植物sd1基因是水稻sd1基因；包含或的DNA的载体；保持或的DNA处于可表达状态的转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据（ａ）到（ｃ）中任一用于半矮化植物的ＤＮＡ：（ａ）编码与植物ｓｄｌ基因转录产物互补的反义ＲＮＡ的ＤＮＡ；（ｂ）编码具有特异切割植物ｓｄｌ基因转录产物的核酶活性的ＲＮＡ的ＤＮＡ；和（ｃ）编码通过共抑制效果抑制植 物ｓｄｌ基因表达的ＲＮＡ的ＤＮＡ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大河美保，松冈信，芦苅基行，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]