本发明专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及水稻基因
【技术实现步骤摘要】
水稻基因LJS5-1在控制水稻叶枕发育和叶夹角大小中的应用
本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及水稻基因LJS5-1在控制水稻叶枕发育和叶夹角大小中的应用。
技术介绍
水稻叶片分为三类，包括胚芽鞘、不完全叶和完全叶。胚芽鞘是发芽时最先出现的白色芽鞘，是叶的变形，没有叶绿素。不完全叶是从胚芽鞘中长出的第一片绿叶，只有叶鞘，没有叶片和叶枕结构。完全叶是自第二片绿叶开始，具有叶片、叶鞘、叶枕。叶片的主要功能是作为光合作用的器官。叶鞘包裹主茎，可以增强茎的支撑作用。叶枕是单子叶禾本科植物特有的一类机械组织，是连接叶片和叶鞘的机械组织，包括叶枕带、叶耳、叶舌。叶枕带作为机械组织，当叶片与叶鞘生长完成后，可以使叶片偏离主茎形成夹角（HoshikawaandIchii,1989）。所以，叶枕的有无和发育程度直接决定了叶夹角的大小，从而影响水稻株型和产量。日益增长的人口，对于粮食的需求也日益增加。提高水稻产量，一直是水稻育种研究和基因功能研究的热点和重点。1968年，Donald提出了作物理想株型育种的概念，即影响植物光合作用、生长和籽粒产量相关的性状选择（Donald，1968）。影响水稻株型的性状主要包括株高、分蘖数、穗型、粒型、叶形、叶夹角和分蘖角度等，其中叶夹角大小是决定叶片直立性的重要农艺性状（冯荣坤，2006）。直立叶片可以增强光合作用的光捕获能力，作为籽粒灌浆的氮源，还可以增加种植密度，从而提高叶面积指数和水稻产量（Sakamoto,etal.,2006）。
技术实现思路
本专利技术的目的在于获得调控水稻叶枕发育和叶夹角大小的基因LJS5-1。本专利技术的另一个目的是提供LJS5-1基因在控制水稻叶枕发育和叶夹角大小中的应用。为了实现上述目的，本专利技术通过反向遗传学的方法，从水稻叶枕组织中克隆了调控叶枕发育基因LJS1-1基因及其同源基因LJS1-1L。具体的，用于克隆LJS5-1基因的引物序列如下：LJS5-1-FCGGGATCCATGGATAGGAGGGAGGCCACCLJS5-1-RGCGTCGACCTCGTCGTCGGAGGTGTCCG具体的，用于克隆LJS5-1基因的PCR条件为：94℃变性3min，94℃30s、55℃1min、68℃2min35cycles，68℃延伸10min。具体的，用于克隆LJS5-1基因的PCR反应体系的总体积为50μl，模板为日本晴cDNA1μl(约50ng)、10×KOD酶反应缓冲液5μl、25mMMgCl22μl、5mMdNTP5μl、5uM引物5μl（每条引物均为2.5μl）、1μlKOD酶，加ddH2O（无菌去离子水）至50μl。本专利技术通过上述方法获得了包含有SEQIDNO.1所述核苷酸的LJS5-1基因序列。本专利技术同时还获得了LJS5-1基因编码的氨基酸序列，如SEQIDNO.2所示。本专利技术通过生物信息学的方法鉴定所获得的基因均为调控叶枕发育基因，利用不同时期叶枕的RNA-seq数据验证了基因LJS5-1在叶枕发育过程中的表达特异性。LJS5-1基因在禾本科作物改良中的应用。LJS5-1基因在改善水稻株型和提高水稻产量的应用。LJS5-1基因在调控水稻叶枕发育和叶夹角大小中的应用，应用时，构建含有LJS5-1基因的CRISPR/CAS9载体，并转入日本晴，敲除LJS5-1基因，所获得的转基因系表现为叶夹角比野生型（日本晴）小，因此可通过该方法减小叶枕近轴面薄壁细胞的大小从而减少叶夹角大小，改良植物株型和种植密度，提高产量，实现对水稻叶枕发育和叶夹角大小的调控。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.LJS5-1基因是一个在水稻叶枕发育后期特异表达的基因，这使利用该基因只改变作物夹角，而不影响其它性状成为可能。2.LJS5-1基因是一个改变叶夹角大小的有效基因，它可以通过影响叶枕细胞的大小，进而改变作物的叶夹角。3.目前，通过改变叶枕细胞学结构对叶夹角大小进行调控的基因较少，该基因揭示了其通过控制叶枕近轴面细胞的大小，参与叶夹角大小的调控。4.目前，植物直立株型提高产量的机制研究的比较少，LJS5-1利用CRISPR/Cas9成功敲除后，在高密度下通过提高单位面积可育穗数增加了水稻产量（如图6所示）。附图说明图1为RNA-seq测序结果，其中图1a为LJS1-1在水稻叶枕发育早期特异表达，图1b为LJS4-1在水稻叶枕发育后期特异表达，图1c为LJS3-1及其同源基因LJS3-1L分别在水稻叶枕发育的S3和S4期特异表达，图1d为LJS5-1在水稻叶枕发育后期特异表达，图1e为LJS1S2-1在水稻叶枕发育早期特异表达，图1f为LJS4-2在水稻叶枕发育后期特异表达，图1g为LJS5-2及其同源基因LJS5-2L在水稻叶枕发育的S4和S5期特异表达；图2为CRISPR/CAS9敲除目标基因的转基因水稻幼苗叶夹角表型和抽穗期植株表型以及敲除后转基因水稻幼苗和野生型（日本晴）的叶夹角大小统计，其中图2a目标基因为LJS1-1及其同源基因LJS1-1L；图2b目标基因为LJS4-1；图2c目标基因为LJS3-1及其同源基因LJS3-1L；图2d目标基因为LJS5-1；图2e目标基因为LJS1S2-1及其同源基因LJS1S2-1L；图2f目标基因为LJS4-2；图2g目标基因为LJS5-2及其同源基因LJS5-2L；图3为CRISPR/CAS9敲除目标基因的转基因水稻和野生型（日本晴）的抽穗期幼苗剑叶叶枕的细胞学结构变化图，其中图3a目标基因为LJS1-1及其同源基因LJS1-1L；图3b目标基因为LJS4-1；图3c目标基因为LJS3-1及其同源基因LJS3-1L；图3d目标基因为LJS5-1；图3e目标基因为LJS1S2-1及其同源基因LJS1S2-1L；图3f目标基因为LJS4-2；图3g目标基因为LJS5-2及其同源基因LJS5-2L；图4a为Real-timePCR验证目标基因调控的促进和抑制木质素合成的靶基因在CRISPR/CAS9敲除目标基因后转基因水稻中的表达量变化，其中图4a目标基因为LJS4-1，图4b目标基因为LJS3-1及其同源基因LJS3-1L，图4c目标基因为LJS1S2-1及其同源基因LJS1S2-1L，图4d目标基因为LJS4-2；图5为pLJS1S2-1::LJS1S2-1转基因水稻转基因株系的幼苗表型和表达量分析；图6为CRISPR/CAS9敲除目标基因的转基因水稻对产量的影响，其中，图6a目标基因为LJS1-1及其同源基因LJS1-1L，图6b目标基因为LJS4-1，图6c目标基因为LJS3-1及其同源基因LJS3-1L，图6d目标基因为LJS5-1，图6e目标基因为LJS1S2-1及其同源基因LJS1S2-1L，图6f目标基因为LJS4-2，图6g目标基因为LJS5-2及其同源基因LJS5-2L。具体实施方式本专利技术通过反向遗传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.水稻基因或其编码蛋白在禾本科作物改良中的应用，其特征在于，所述水稻基因为
【技术特征摘要】
1.水稻基因或其编码蛋白在禾本科作物改良中的应用，其特征在于，所述水稻基因为LJS5-1。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水稻基因在改善水稻株型和提高水稻产量的应用。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水稻基因在调控叶枕发育和叶夹角大小中的应用。
【专利技术属性】
技术研发人员：王学路，孙世勇，王荣纳，刘畅，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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