水稻小穗簇生突变体及其分子鉴定方法和应用技术

本发明专利技术涉及植物分子生物学技术领域，具体涉及水稻小穗簇生突变体及其分子鉴定方法和应用。本发明专利技术提供一种水稻SPED1蛋白突变体，以野生型水稻SPED1蛋白的氨基酸序列为参考序列，该突变体的第519位天冬酰胺突变为丝氨酸，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，基因组核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。该突变体是一个部分显性突变体，其纯合基因型和杂合基因型均可导致水稻植株枝梗顶端小穗的簇生，杂合基因型还可提高水稻的结实率。该突变体可用于提高杂交水稻结实率和观赏水稻的培育。

【技术实现步骤摘要】
水稻小穗簇生突变体及其分子鉴定方法和应用
本专利技术涉及植物分子生物学
，具体涉及水稻小穗簇生突变体及其分子鉴定方法和应用。
技术介绍
水稻(Oryzasativa)是世界上最重要的粮食作物之一，也是禾本科和单子叶植物的模式植物。小穗是禾本科植物花序独有的一种结构单元，具有开花结实的生物学功能。深入研究水稻小穗的发育过程和分子调控机制，不仅有助于理解水稻花序的发育过程和分子基础，而且对提高水稻的产量和品质具有重要意义。水稻的花序又称为穗，属于复总状花序。穗由主穗轴、一次枝梗、二次枝梗、小穗梗和小穗组成。从穗颈节到穗顶端退化的生长点是穗轴，穗轴上一般有8～15个穗节。穗颈节是最下端的一个穗节，退化的穗顶生长点处是最上端的一个穗节，每个穗节上着生一个一次枝梗。一次枝梗上再分出的枝梗称为二次枝梗。每个一次枝梗上除了二次枝梗，在接近顶端的部分还可分散着生4～7个小穗梗。每个二次枝梗上可以分散着生2～4个小穗梗。在小穗梗的末端着生一个小穗。每个小穗会分化出3朵颖花，但有2朵会在发育过程中退化，形成护颖，称为不完全花；剩下一朵花为完全花，可以开花结实。因此每个小穗只有1朵正常的颖花。目前，很多控制水稻小穗发育的基因已经被克隆了，例如SUPERNUMERARYBRACT(SNB)、MULTI-FLORETSPIKELET1(MFS1)、TONGARI-BOUSHI1(TOB1)和FON4等。这些基因突变后，会导致小穗内小花数目的增加，为以增加穗粒数为目标的水稻育种提供了新的潜在途径。然而，snb、mfs1、tob1和fon4突变体的小穗除了多花性状外，还同时表现出许多其它花器官缺陷，不能直接进行生产应用。小穗簇生是一种突变性状，指一次枝梗或二次枝梗上靠近顶端、原本散生的数粒小穗，由于枝梗和/或小穗轴的缩短而紧密地聚集在一起生长发育的现象。SPED1是一个调控小穗簇生的基因(JiangG,XiangY,ZhaoJ,YinD,ZhaoX,ZhuL,ZhaiW(2014)Regulationofinflorescencebranchdevelopmentinricethroughanovelpathwayinvolvingthepentatricopeptiderepeatproteinsped1-D.Genetics197:1395-1407)。小穗簇生稻与一花多子房簇生稻不同：一花多子房簇生稻是在一朵颖花内有多个子房，产生多粒米，碾米后易产生碎米，故没有实用价值；而小穗簇生稻每个小穗内的完全花都具有健全的颖壳及雌雄花器官，都能正常开花结实，且谷粒大小饱满均匀，结实率高。小穗簇生突变不仅可直接应用于生产，还可作为一种新的种质资源在水稻育种中加以利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种导致小穗簇生性状的水稻SPED1蛋白突变体、其编码基因、分子标记及其应用。本专利技术发现了一个水稻SPED1蛋白的突变体，该突变体相对于野生型SPED1蛋白在第519位天冬酰胺突变为丝氨酸，该突变体是一个部分显性突变，可影响水稻小穗轴和枝梗的发育以及小穗在穗上的空间分布，导致小穗簇生、小穗多花以及小穗轴、枝梗和穗长缩短，提高水稻穗粒数和结实率。本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的第一方面是提供水稻SPED1蛋白突变体，以野生型水稻SPED1蛋白的氨基酸序列为参考序列，所述突变体包含第519位天冬酰胺突变为丝氨酸的突变位点。以上所述的野生型水稻SPED1蛋白的Genbank登录号为LOC_Os06g39650。具体地，所述突变体具有如下(1)～(3)任一氨基酸序列：(1)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列；(2)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列经一个或多个氨基酸的取代、缺失或插入得到的、对应蛋白具有使水稻产生小穗簇生性状功能且来源于水稻的氨基酸序列；(3)与SEQIDNO.1所示的氨基酸序列具有至少90％同源性、对应蛋白具有使水稻产生小穗簇生性状功能且来源于水稻的氨基酸序列。本专利技术的第二方面是提供编码所述水稻SPED1蛋白突变体的核酸。在已知所述水稻SPED1蛋白突变体的氨基酸序列的情况下，本领域技术人员可根据密码子规则获得编码水稻SPED1蛋白突变体的核酸的核苷酸序列。可选地，所述核酸具有如SEQIDNO.2所示的核苷酸序列。SEQIDNO.2所示的核苷酸序列为SPED1蛋白突变体的基因组核苷酸序列。本专利技术还提供一种水稻SPED1基因等位突变体sped1-1(序列如SEQIDNO.2所示)，其为水稻SPED1基因在编码区第1556个碱基发生了一个A到G的SNP突变，导致其编码蛋白的第519位氨基酸残基从天冬酰胺突变为丝氨酸。本专利技术的第三方面是提供包含所述核酸的生物材料，所述生物材料为表达盒、载体或宿主细胞。上述表达盒可为将编码水稻SPED1蛋白突变体的核酸与调控其转录或表达的元件连接的DNA片段。上述载体可为克隆载体或表达载体。上述宿主细胞可为微生物细胞或非繁殖性植物细胞。本专利技术的第四方面是提供包含所述核酸的水稻、水稻组织或水稻细胞。本专利技术的第五方面是提供水稻SPED1蛋白突变体或编码该突变体的核酸或含有该核酸的生物材料在调控水稻的如下任一性状中的应用：(1)小穗簇生；(2)小穗梗长、枝梗长或穗长；(3)穗粒数；(4)结实率；(5)粒重。上述(1)～(2)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的杂合或纯合基因型，使水稻具有小穗簇生性状，使水稻的小穗梗长和/或枝梗长缩短，使水稻的穗长缩短。上述(3)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的杂合基因型，使水稻的穗粒数降低；或者，通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的纯合基因型使水稻的穗粒数增加。上述(4)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的杂合基因型，使水稻的结实率提高；或者，通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的纯合基因型，使水稻的结实率降低。上述(5)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的纯合基因型，使水稻的单粒重降低。本专利技术的第六方面是提供水稻SPED1蛋白突变体或编码该突变体的核酸或含有该核酸的生物材料在具有如下任一性状的水稻的选育或种质资源改良中的应用：(1)小穗簇生；(2)小穗梗长、枝梗长或穗长缩短；(3)穗粒数改变；(4)结实率改变；(5)粒重降低。上述(1)～(2)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的杂合或纯合基因型，使水稻具有小穗簇生性状，使水稻的小穗梗长和/或枝梗长缩短，使水稻的穗长缩短。上述(3)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的杂合基因型，使水稻的穗粒数降低；或者，通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突变体的纯合基因型，使水稻的穗粒数增加。上述(4)具体为：通过使水稻具有所述水稻SPED1蛋白突本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水稻SPED1蛋白突变体，其特征在于，以野生型水稻SPED1蛋白的氨基酸序列为参考序列，所述突变体包含第519位天冬酰胺突变为丝氨酸的突变位点。/n

【技术特征摘要】
1.水稻SPED1蛋白突变体，其特征在于，以野生型水稻SPED1蛋白的氨基酸序列为参考序列，所述突变体包含第519位天冬酰胺突变为丝氨酸的突变位点。


2.根据权利要求1所述的突变体，其特征在于，所述突变体具有如下(1)～(3)任一氨基酸序列：
(1)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列；
(2)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列经一个或多个氨基酸的取代、缺失或插入得到的、对应蛋白具有使水稻产生小穗簇生性状功能且来源于水稻的氨基酸序列；
(3)与SEQIDNO.1所示的氨基酸序列具有至少90％同源性、对应蛋白具有使水稻产生小穗簇生性状功能且来源于水稻的氨基酸序列。


3.编码权利要求1或2所述突变体的核酸；
优选地，所述核酸具有如SEQIDNO.2所示的核苷酸序列。


4.包含权利要求3所述核酸的生物材料，其特征在于，所述生物材料为表达盒、载体或宿主细胞。


5.权利要求1或2所述的突变体或权利要求3所述的核酸或权利要求4所述的生物材料在调控水稻的如下任一性状中的应用：
(1)小穗簇生；
(2)小穗梗长、枝梗长或穗长；
(3)穗粒数；
(4)结实率；
(5)粒重。


6.权利要求1或2所述的突变体或权利要求3所述的核酸或权利要求4所述的生物材料在具有如下任一性状的水稻的选育或种质资源改良中的应用：
(1)小穗簇生；
(2)小穗梗长、枝梗长或穗长缩短；
(3)穗粒数改变；
(4)结实率改变；
(5)粒重降低。

【专利技术属性】
技术研发人员：龙湍，唐杰，曾翔，吴永忠，黄培劲，
申请(专利权)人：海南波莲水稻基因科技有限公司，
类型：发明
国别省市：海南;46