植物籽粒性状相关蛋白、基因、启动子和SNP以及单倍型制造技术

本发明专利技术公开了一种植物籽粒性状相关蛋白及其编码基因和应用。本发明专利技术提供了TaTPP‑7A蛋白，是由序列表中SEQ ID NO:11所示的氨基酸序列组成的蛋白质。编码TaTPP‑7A蛋白的基因也属于本发明专利技术的保护范围。本发明专利技术还保护一种培育转基因植物的方法，包括如下步骤：将TaTPP‑7A基因导入出发植物，得到转基因植物；所述转基因植物满足如下至少一种：(e1)籽粒千粒重大于所述出发植物；(e2)籽粒粒重大于所述出发植物；(e3)籽粒大于所述出发植物；(e4)籽粒粒长大于所述出发植物；(e5)籽粒粒宽大于所述出发植物；(e6)籽粒粒厚大于所述出发植物。因此，本发明专利技术所提供的蛋白质及其编码基因可以用于植物品质改良以及增加植物籽粒产量，具有广阔的应用前景。本发明专利技术还提供了与上述籽粒特征相关的SNP标志物以及单倍型。

Proteins, genes, promoters, SNPs and haplotypes associated with plant grain traits

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】植物籽粒性状相关蛋白、基因、启动子和SNP以及单倍型
本专利技术涉及编码海藻糖-6磷酸磷酸酶(TPP)的植物籽粒性状相关蛋白以及来自小麦的编码基因(TaTPP)及其用于改变籽粒性状的用途，例如增加籽粒长度，籽粒宽度，千粒重，穗长，籽粒数和最终籽粒产量。本专利技术还提供了单核苷酸多态性(SNP)标志物，其与TPP编码区中以及启动子区域中增加的籽粒长度，宽度和千粒重(thousandgrainorkernelweight)相关。本专利技术还提供了启动子区域，并鉴定了与籽粒长度、籽粒宽度和千粒重增加相关的更强启动子区域，其可用于增加任何感兴趣的编码区域的谷类植物(例如小麦)中的表达。本专利技术进一步鉴定了在谷物例如小麦中有利于增加籽粒长度，籽粒宽度，千粒重以及最终的产量的单倍型。
技术介绍
小麦是中国和世界上重要的粮食作物之一，直接影响着人民生活水平的高低和国家的粮食安全。提高小麦单产、促其高产稳产、一直以来也是中国小麦育种家们长期追求的主要目标。增加小麦产量的需求与例如粮食种植面积的日益减少、土地沙漠化、盐碱化、全球气候变暖以及人口增长基数等冲突情况相矛盾。因此，提高或增加小麦单产，解决日益增长的口粮需求问题的方法成为越来越突出和重要的育种任务。因此，利用分子生物学技术克隆小麦产量相关功能基因，对其功能进行深入解析，对于小麦分子标志物辅助育种标志物开发、提供重要参考基因资源、加速我国小麦育种进程、提高我国小麦产量等方面具有重要的科学意义和实际应用价值。粒重是产量的三要素之一，决定粒重的关键因素包括籽粒型和籽粒的灌浆速率。在籽粒生产和育种中，千粒重常被用作为衡量籽粒大小的指标，后者本身主要由粒型性状参数(如粒长、粒宽和粒厚)构成并且是产量的正向指标。专利技术概述本专利技术提供一种具有海藻糖-6磷酸磷酸酶酶活性的蛋白质，其选自：a.包含SEQIDNO：1的氨基酸序列的蛋白质；b.包含与SEQIDNo：1的氨基酸序列具有至少90％序列同一性的氨基酸序列的蛋白质；c.包含SEQIDNO：1的氨基酸序列的蛋白质，其中一个或多个氨基酸残基被取代或缺失或插入，并且其中蛋白质的存在与增加的籽粒长度，籽粒宽度或增加的千粒重相关，例如根据SEQIDNo：1的蛋白质，其中112位的Asp残基被Glu残基取代，和/或其中241位的Ala残基被Val残基取代。在另一个实施方案中，本专利技术提供核酸，例如DNA或RNA分子，其包含编码权利要求1的蛋白质的核苷酸序列。核酸可选自：a.核酸，例如DNA分子，包含SEQIDNO：2的核苷酸序列；b.核酸，例如DNA分子，包含核苷酸位置23至核苷酸位置2115的SEQIDNO：3的核苷酸序列；c.核酸，例如DNA分子，包含SEQIDNO：3的核苷酸序列；d.一种核酸，例如DNA分子，其在严格条件下与上述a至c中任一项的DNA分子杂交，并编码权利要求1的蛋白质；e.核酸，例如DNA分子，其包含与核苷酸位置23至核苷酸位置2115的SEQIDNO：3的核苷酸序列或SEQIDNO：2的核苷酸序列具有至少90％序列同一性的核苷酸序列。在另一个实施方案中，本专利技术提供了重组表达盒，其包含以下可操作连接的DNA元件：a.植物可表达启动子，例如异源植物可表达启动子b.编码权利要求1的蛋白质的DNA区域或权利要求2的DNA区域；c.作为转录终止和多腺苷酸化区域的DNA区域，例如在植物中起作用的转录终止和多腺苷酸化区域。本专利技术还提供了含有本文所述核酸或本文所述重组表达盒的重组表达载体、转基因细胞系、转基因植物组织、转基因植物或重组菌株、或籽粒或种子。所述植物可以是谷类植物，例如小麦植物。在另一个实施方案中，本专利技术提供了如本文所述的蛋白质在以下方面的用途：a.调节植物籽粒的大小，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的大小；b.增加植物籽粒的大小，特别是小麦植物籽粒的大小；c.调节植物籽粒的千粒重，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的千粒重；d.增加千粒重，特别是小麦植物籽粒的千粒重；e.调节植物籽粒的粒重，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒重；f.增加植物籽粒粒重，特别是小麦籽粒的粒重；g.调节植物籽粒的粒长，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒长；h.增加植物籽粒，特别是小麦植物籽粒的粒长；i.调节植物籽粒的粒宽，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒宽；j.增加植物籽粒，特别是小麦植物籽粒的粒宽；k.调节植物籽粒的粒厚，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒厚；1.增加植物籽粒，特别是小麦植物籽粒的粒厚；m.增加植物，特别是谷类植物如小麦的分蘖长度；n.增加植物，特别是谷类植物如小麦的穗长；o.提高植物如谷类植物如小麦的籽粒产量。在另一个实施方案中，提供了一种生产植物、例如谷类植物、包括小麦植物的方法，包括以下步骤：a)增加如本文所述蛋白质的水平和/或活性；或b)增加本文所述核酸在植物细胞或植物中的表达c)将本文所述的重组表达盒导入植物细胞或植物中，以获得转基因植物，其中植物具有1)在籽粒中比所述出发植物或对照植物增加的千粒重；2)在籽粒中比所述出发植物或对照植物增加的粒重；3)籽粒大小大于所述出发植物或对照植物的籽粒大小；4)在籽粒中比所述出发植物或对照植物更长的粒长；5)在籽粒中比所述出发植物或对照植物更宽的粒宽；6)在籽粒中比所述出发植物或对照植物更厚的粒厚；7)比所述出发植物或对照植物增加的分蘖长度；8)比所述出发植物或对照植物增加的穗长；9)比所述出发植物或对照植物增加的籽粒数；或10)比所述出发植物或对照植物增加的籽粒产量；本专利技术还提供了一种方法，以(1)增加籽粒中的千粒重；(2)增加籽粒中的粒重；(3)增加籽粒大小；(4)增加籽粒的长度；(5)增加籽粒的宽度；(6)增加籽粒的厚度；(7)增加植物分蘖长度；(8)增加植物的穗长；(9)增加植物中的籽粒数量；或(10)增加植物的籽粒产量。包括如下步骤：增加植物中本文所述的蛋白质的含量或活性，所述植物例如谷类植物，包括小麦植物。在本专利技术的另一方面，提供了包含SEQIDNO：14或SEQIDNO：15的核苷酸序列或含有与其至少90％，95％或99％序列同一性的核苷酸序列的分离的启动子区。在另一个实施方案中，本专利技术提供了重组基因，所述重组基因包含以下可操作地连接的DNA片段：a.如本文所述的启动子区；b.编码目标RNA分子或蛋白的DNA区域c.在植物细胞中具有功能的转录终止和多聚腺苷酸化区。还提供了一种植物，例如谷类植物，包括小麦植物，其含有本专利技术重组基因。在另一个实施方案中，本专利技术提供了一种用于鉴定或辅助鉴定小麦籽粒性状，例如小麦籽粒的千粒重或小麦籽粒的粒长的方法，包括以下步骤：检测基于待测小麦基因组DNA中488SNP位点基因型是AA基因型，AC基因型还是CC基因型；AA基因型的小麦比CC基因型的小麦具有更好的籽粒性状；更好的籽粒性状表现为更高的千粒重和/或更长的粒长；488SNP位点是指SEQIDNO：24的5′端22位的核苷酸。本专利技术还提供了一种用于检测小麦基因组DNA中基于488SNP位点的基因型的材料的用途，用于鉴定或辅助鉴定小麦籽粒性状；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有海藻糖‑6磷酸磷酸酶酶活性的蛋白质，其选自：a.包含SEQ ID NO：1的氨基酸序列的蛋白质；b.包含与SEQ ID No：1的氨基酸序列具有至少90％序列同一性的氨基酸序列的蛋白质；c.包含SEQ ID NO：1的氨基酸序列的蛋白质，其中一个或多个氨基酸残基被取代或缺失或插入，并且其中蛋白质的存在与增加的籽粒长度，籽粒宽度或增加的千粒重相关，例如根据SEQ ID No：1的蛋白质，其中112位的Asp残基被Glu残基取代，和/或其中241位的Ala残基被Val残基取代。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.21 CN 2016111908334;2016.12.21 CN 201611191.具有海藻糖-6磷酸磷酸酶酶活性的蛋白质，其选自：a.包含SEQIDNO：1的氨基酸序列的蛋白质；b.包含与SEQIDNo：1的氨基酸序列具有至少90％序列同一性的氨基酸序列的蛋白质；c.包含SEQIDNO：1的氨基酸序列的蛋白质，其中一个或多个氨基酸残基被取代或缺失或插入，并且其中蛋白质的存在与增加的籽粒长度，籽粒宽度或增加的千粒重相关，例如根据SEQIDNo：1的蛋白质，其中112位的Asp残基被Glu残基取代，和/或其中241位的Ala残基被Val残基取代。2.核酸，例如DNA或RNA分子，其包含编码权利要求1的蛋白质的核苷酸序列。3.根据权利要求2的核酸，其特征在于核酸选自：a.核酸，例如DNA分子，包含SEQIDNO：2的核苷酸序列；b.核酸，例如DNA分子，包含核苷酸位置23至核苷酸位置2115的SEQIDNO：3的核苷酸序列；c.核酸，例如DNA分子，包含SEQIDNO：3的核苷酸序列；d.一种核酸，例如DNA分子，其在严格条件下与上述a至c中任一项的DNA分子杂交，并编码权利要求1的蛋白质；e.核酸，例如DNA分子，其包含与核苷酸位置23至核苷酸位置2115的SEQIDNO：3的核苷酸序列或SEQIDNO：2的核苷酸序列具有至少90％序列同一性的核苷酸序列。4.重组表达盒，其包含以下可操作连接的DNA元件：a.植物可表达启动子，例如异源植物可表达启动子b.编码权利要求1的蛋白质的DNA区域或权利要求2的DNA区域；c.作为转录终止和多腺苷酸化区域的DNA区域，例如在植物中起作用的转录终止和多腺苷酸化区域。5.含有根据权利要求2或3所述核酸或根据权利要求4所述重组表达盒的重组表达载体、转基因细胞系、转基因植物组织、转基因植物或重组菌株，或籽粒或种子。6.根据权利要求5的植物，所述植物是谷类植物，例如小麦植物。7.根据权利要求1所述的蛋白质、或根据权利要求2或3所述的核酸或根据权利要求4所述的重组表达盒或根据权利要求5所述的载体的用途，用于a.调节植物籽粒的大小，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的大小；b.增加植物籽粒的大小，特别是小麦植物籽粒的大小；c.调节植物籽粒的千粒重，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的千粒重；d.增加千粒重，特别是小麦植物籽粒的千粒重；e.调节植物籽粒的粒重，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒重；f.增加植物籽粒粒重，特别是小麦籽粒的粒重；g.调节植物籽粒的粒长，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒长；h.增加植物籽粒，特别是小麦植物籽粒的粒长；i.调节植物籽粒的粒宽，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒宽；j.增加植物籽粒，特别是小麦植物籽粒的粒宽；k.调节植物籽粒的粒厚，例如增加或减少籽粒长度或籽粒宽度，特别是小麦植物籽粒的粒厚；l.增加植物籽粒，特别是小麦植物籽粒的粒厚；m.增加植物，特别是谷类植物如小麦的分蘖长度；n.增加植物，特别是谷类植物如小麦的穗长；o.提高植物如谷类植物如小麦的籽粒产量。8.一种生产植物、例如谷类植物、包括小麦植物的方法，包括以下步骤：a)增加根据权利要求1所述蛋白质的水平和/或活性；或b)增加根据权利要求2或3所述核酸在植物细胞或植物中的表达c)将根据权利要求4所述的重组表达盒导入植物细胞或植物中，以获得转基因植物，其中植物具有1)在籽粒中比所述出发植物或对照植物增加的千粒重；2)在籽粒中比所述出发植物或对照植物增加的粒重；3)籽粒大小大于所述出发植物或对照植物的籽粒大小；4)在籽粒中比所述出发植物或对照植物更长的粒长；5)在籽粒中比所述出发植物或对照植物更宽的粒宽；6)在籽粒中比所述出发植物或对照植物更厚的粒厚；7)比所述出发植物或对照植物增加的分蘖长度；8)比所述出发植物或对照植物增加的穗长；9)比所述出发植物或对照植物增加的籽粒数；或10)比所述出发植物或对照植物增加的籽粒产量；9.一种方法，以(1)增加籽粒中的千粒重；(2)增加籽粒中的粒重；(3)增加籽粒大小；(4)增加籽粒的长度；(5)增加籽粒的宽度；(6)增加籽粒的厚度；(7)增加植物分蘖长度；(8)增加植物的穗长；(9)增加植物中的籽粒数量；或(10)增加植物的籽粒产量。包括如下步骤：增加植物中根据权利要求1所述的蛋白质的含量或活性，所述植物例如谷类植物，包括小麦植物。10.根据权利要求1的蛋白质或根据权利要求2或3的核酸或根据权利要求7的方法在植物育种中的用途。11.包含SEQIDNO：14或SEQIDNO：15的核苷酸序列或含有与其至少90％，95％或99％序列同一性的核苷酸序列的分离的启动子区。12.重组基因，所述重组基因包含以下可操作地连接的DNA片段：a.如权利要求11所述的启动子区；b.编码目标RNA分子或蛋白的DNA区域c.在植物细胞中具有功能的转录终止和多聚腺苷酸化区。13.一种植物，例如谷类植物，包括小麦植物，其含有根据权利要求12的重组基因。14.一种用于鉴定或辅助鉴定小麦籽粒性状的方法，包括以下步骤：检测基于待测小麦基因组DNA中488SNP位点基因型是AA基因型，AC基因型还是CC基因型；AA基因型的小麦比CC基因型的小麦具有更好的籽粒性状；更好的籽粒性状表现为更高的千粒重和/或更长的粒长；488SNP位点是指SEQIDNO：24的5′端22位的核苷酸。15.一种用于鉴定或辅助鉴定小麦籽...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红霞，张学勇，
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