水稻SNB基因及应用、调控籽粒大小的方法技术

本发明专利技术涉及到一种利用和改造水稻SNB基因来调控种子大小，其中，SNB基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其应用点在于通过改变或改造SNB基因的表达来调控种子大小，具体为：超表达全长SNB基因如SEQ ID NO.1，突变SNBm2基因如SEQ ID NO.5，达到显著减小种子大小；通过CRISP/CAS9技术手段在第一外显子（EXON1）序列的5’端400bp‑500bp区内插入缺失造成基因提前终止如SEQ ID NO.7，或过量表达突变SNBm1基因如SEQ ID NO.3，达到显著增加种子大小，从而表明SNB编码的蛋白质在调控水稻种子大小的重要作用，同时也提供了一种新的提高水稻产量遗传改良的方法。

SNB Gene and Its Application in Rice and the Method of Controlling Grain Size

【技术实现步骤摘要】
水稻SNB基因及应用、调控籽粒大小的方法
本专利技术属于植物基因工程
，具体涉及水稻SNB基因在调控种子大小的应用。
技术介绍
水稻是世界上重要的粮食作物之一，全球有122个国家种植水稻，供养着全球超过23%人口。我国是一个农业大国和人口大国，不仅稻谷是我国的主粮，稻谷的生产也是我国的主要农业活动，因此提高水稻的产量对保障我国粮食安全具有重要意义。粒重、穗粒数和有效穗数是水稻产量三要素。谷粒重量作为产量的三要素之一，是一个重要的产量性状，它是谷粒长、粒宽与粒厚的综合指标，一般以千粒重表示。粒重与谷粒大小紧密相关，是一个极为重要的品质性状。谷粒重量或谷粒大小在禾谷类作物进化上也具有重要的意义，由于小粒种子生活力较低、机械收获难度大。在水稻的驯化过程中人们趋向于选择大粒的品种进行栽培，逐步形成了栽培种比它们的野生亲缘种籽粒偏大的状况。同时菲律宾国际水稻研究所也认为，提高粒重可以增产30%以上（马丽莲等，水稻大粒种质资源和遗传分析，植物学通报，2006,23(4):395-401），培育大粒水稻品种也是当前水稻育种的一个重要方向。水稻粒型大小性状是复杂的数量性状，对粒型数量性状进行QTL遗传剖析的努力持续超过30年，随着近代分子技术的进步，在调控水稻粒型主效基因的克隆和功能分析取得了较大进展。影响粒型的基因大致分为3类，第一类表型基本是籽粒变短，植株变矮，叶倾角变小，如D1、D2、D11等；第二类表型为小而圆的粒型，植株变矮，主要分布与粳稻，如SRS1、SRS2、SRS5等；第三类为主要在穗部表达，如GS3、GW2、GW5等（Huangetal.Geneticbasesofricegrainshape:somanygenes,solittleknown.Trandsinplantscience,2013,18(4):218-226）。前两类对植株生长发育影响较大，在生产中利用价值受到影响，第三类由于对整个植株的生长发育影响小，主要影响种子大小和性状，被认为育种应用潜力较大。将种子性状进一步分解，可分解为谷粒长、粒宽与粒厚3个指标，其中粒厚遗传影响很小，粒形主要受粒长和粒宽控制。分解后发现GS3、qGL3/gl3.1、TGW6、PGL1/2均是调控粒长的主效基因，而GW2、GW5/qSW5、GW8、GS5、GS6、HGW为调控粒宽的主效基因，也发现同时影响粒长和粒宽的主效基因，如SMG1、GL7/GW7和GS2/GL2（朱业宝等，水稻粒形调控基因的互作及其驯化研究进展。福建农业学报，2016，31（1）：95-101）。这些基因编码蛋白既有转录因子，也有激酶、磷酸酶、E3泛素连接酶和其他活性酶等，这些基因之间也存在着复杂的相互调控关系，表明水稻的粒型调控涉及多个基因调控，是典型的复杂性状。尽管在粒型研究上取得了这些研究进展，但认为对粒型的研究仍存在许多未知因子待了解，同时有利于株型改良提高产量的新基因仍有待发掘。水稻单株产量的影响因素中还包括穗粒数和有效穗数。SupernumeraryBract(SNB)基因发现在水稻穗发育中扮演重要作用（Leeetal,ThericeheterochronicgeneSUPERNUMERARYBRACTregulatesthetransitionfromspikeletmeristemtofloralmeristem.ThePlantJournal,2006,49(1):64-78），控制着花分生组织建立和花序结构（Leeetal,TwoAP2familygenes,SUPERNUMERARYBRACT(SNB)andOsINDETERMINATESPIKELET1(OsIDS1),synergisticallycontrolinflorescencearchitectureandfloralmeristemestablishmentinrice.ThePlantJournal,2011,69(3):445-461）。同时，SNB的调控机制也被发现，该基因是microRNA172的靶基因，如果将结合位点突变，能显著降低株高，增加穗粒数，该特点在申请专利（一种利用水稻SNB基因来增加穗粒数和降低株高的方法，专利申请号：201510786256.4）得到详细描述，但如果将SNB基因敲除或抑制，常造成花发育不良性状（Wangetal,Coordinatedregulationofvegetativeandreproductivebranchinginrice.ProcNatlAcadSciUSA.2015,112(50):15504-15509）。我们通过水稻种质资源的研究发现，SNB基因也可影响水稻种子大小，并通过基因编辑和改造，增加或缩小种子大小，可以用于水稻籽粒精准育种，为水稻的高产打下基础。
技术实现思路
本专利技术是基于一部分来源于水稻的OsSNB基因调控水稻籽粒发育的发现。本专利技术的目的在于提供一种SNB基因改变水稻种子大小的应用。为此，本专利技术提供了一种通过超表达SNB基因来减少水稻种子大小的方法。同时本专利技术还提供了一种通过超表达人工突变SNB基因来增加水稻种子大小的方法。同时本专利技术还提供了一种通过人工编辑水稻基因组使产生提前终止密码来增加水稻种子大小的方法。本专利技术也包括采用其它的方法改造编码区5’端序列而得到的SNB基因的等位基因或衍生物。本专利技术提过改造SNB基因形成突变等位基因或过表达人工突变基因，显著增加水稻种子大小，这些结果表明SNB基因在水稻产量育种中具有重要的应用价值。通过精确改良SNB基因，构建适当的植物表达载体，可以拓展当前植物生物技术中可应用于改变水稻产量的基因，为改良水稻的重要农艺性状提供精准育种手段。本专利技术提供的SNB基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示，所述的SNB基因EAR位点进行人工突变形成SNBm1基因，所述SNBm1基因的核苷酸序列如SEQIDNO.3所示。本专利技术的优选实施方案是，所述SNB基因EAR位点人工突变的SNBm1基因的应用是以引物SNBm1F和SNBR组合，利用SNB基因编码区cDNA为模板进行PCR扩增，并回收该PCR产物，其中：SNBm1F：ATGGTGATGGATATCAATGTGGAGTCGCC；SNBR:TCAGGCGGTCGGGGGGAAGTAG。本专利技术的优选实施方案是，SNBm2基因全长编码cDNA为截取SNB基因3’端1071bp长度的突变基因，其核苷酸序列如SEQIDNO.5所示。本专利技术的优选实施方案是，所述截取SNB基因3’端的人工突变的SNBm2基因的应用是以引物SNBm2F和SNBR组合，利用SNB基因编码区cDNA为模板进行PCR扩增，并回收该PCR产物，其中：SNBm2F：ATGCCGATGCCGGCGGCGGCTGGGSNBR:TCAGGCGGTCGGGGGGAAGTAG。本专利技术的优选实施方案是，所述SNB基因第一外显子序列第400-500bp区域插入或缺失，该突变使基因翻译提前终止，形成SNB基因的突变体knSNB基因，所述的knSNB基因的第一外显子核苷酸序列如SEQIDNO.7所示。另一方面，所述水稻SNB基因引导RNA靶点序列引物在编辑水稻基因组中的应用是以OsSNB基因诱导R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水稻种子的SNB基因的应用，其特征在于：所述SNB基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

【技术特征摘要】
1.一种水稻种子的SNB基因的应用，其特征在于：所述SNB基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。2.根据权利要求1所述的SNB基因，其特征在于，所述的SNB基因EAR位点进行人工突变形成SNBm1基因，所述SNBm1基因的核苷酸序列如SEQIDNO.3所示。3.根据权利要求2所述的SNB基因，其特征在于，所述SNB基因EAR位点人工突变的SNBm1基因的应用是以引物SNBm1F和SNBR组合，利用SNB基因编码区cDNA为模板进行PCR扩增，并回收该PCR产物，其中：SNBm1F：ATGGTGATGGATATCAATGTGGAGTCGCC；SNBR:TCAGGCGGTCGGGGGGAAGTAG。4.根据权利要求1所述的SNB基因，其特征在于，SNBm2基因全长编码cDNA为截取SNB基因3’端1071bp长度的突变基因，其核苷酸序列如SEQIDNO.5所示。5.根据权利要求4所述的SNB基因，其特征在于，所述截取SNB基因3’端的人工突变的SNBm2基因的应用是以引物SNBm2F和SNBR组合，利用SNB基因编码区cDNA为模板进行PCR扩增，并回收该PCR产物，其中：SNBm2F：ATGCCGATGCCGGCGGCGGCTGGGSNBR:TCAGGCGGTCGGGGGGAAGTAG。6.根据权利要求1所述的SNB基因，其特征在于，所述SNB基因第一外显子序列第400-500bp区域插入或缺失，该突变使基因翻译提前终止，形成SNB基因的突变体knSNB基因，所述的knSNB基...

【专利技术属性】
技术研发人员：余舜武，马孝松，张余，李天菲，徐凯，吴金红，刘鸿艳，罗利军，
申请(专利权)人：上海市农业生物基因中心，
类型：发明
国别省市：上海,31