水稻粒型基因GS10及其应用制造技术

本发明专利技术提供水稻粒型基因GS10及其应用。本发明专利技术首次分离克隆了一个新的控制水稻粒型的基因GS10，突变体功能丧失型突变导致籽粒的粒长变短、粒宽变宽、粒重减轻。过表达GS10基因可导致籽粒增大，产量增加。GS10基因对水稻粒型形成的分子机制研究有重要意义，本发明专利技术为水稻粒型改良育种提供了新的基因资源，大大推进了水稻育种进程。

【技术实现步骤摘要】
水稻粒型基因GS10及其应用
本专利技术涉及基因工程和植物遗传育种领域，具体地说，涉及水稻粒型基因GS10及其应用。
技术介绍
水稻(OryzasativaL.)是世界上播种面积较大的粮食作物之一，全球超过一半以上的人口以稻米为主要的食物来源。水稻耕种在中国有着悠久历史，我国年稻米生产量和消费量均是全球最大。一直以来，为了解决最基本的温饱问题及保障粮食安全，尽可能选育高产品种已成为水稻育种家们的首要目标。自20世纪50年代以来，我国水稻育种家在优异种质资源的创新下，使水稻的单产水平实现了两次质的飞跃。人口激增、气候不稳、自然灾害频发、可耕地面积持续萎缩等不利因素使全球面临着日益严峻的粮食危机，因此探寻能够使水稻产能大幅提高的新种质资源是当今水稻研究面临的新挑战。水稻单株产量是由单株有效穗数、每穗实粒数和粒重三要素决定的。水稻粒重是由粒型和灌浆充实度二者所决定。粒型性状包括粒长、粒宽和粒厚，不仅会影响谷粒的重量和产量，同时也会影响稻米的外观品质、碾磨加工品质及市场竞争力。水稻粒型是个受多基因控制的数量性状，因此，鉴定水稻中的控制粒型的基因可为解析粒型形成的分子机制，进而为利用分子育种技术开展高效、精准的高产优质水稻新品种培育提供理论支持。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供水稻粒型基因GS10及其应用。为了实现本专利技术目的，本专利技术人基于一个水稻粒型突变体材料，经图位克隆，成功鉴定了一个新的粒型调控基因GS10；该基因功能缺失后会导致籽粒的粒长变短、粒宽变宽、粒重减轻及外观品质降低，而过表达GS10可使粒长变长、粒宽变窄、粒重增加且外观品质提高；深入研究发现，GS10调控细胞大小。这些结果表明GS10具有重要的育种应用潜力，同时可用于解析水稻粒型调控的分子机制。第一方面，本专利技术提供水稻粒型基因GS10，其为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：(a)由SEQIDNO：3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)SEQIDNO：3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。水稻粒型基因GS10的核苷酸序列为：i)SEQIDNO：1所示的核苷酸序列；ii)SEQIDNO：1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列；iii)在严格条件下与SEQIDNO：1所示序列杂交且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜；或iv)与i)、ii)或iii)的核苷酸序列具有90％以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。其cDNA序列为：i)SEQIDNO：2所示的核苷酸序列；ii)SEQIDNO：2所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列；iii)在严格条件下与SEQIDNO：2所示序列杂交且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜；或iv)与i)、ii)或iii)的核苷酸序列具有90％以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。第二方面，本专利技术提供含有所述基因GS10的生物材料，所述生物材料包括但不限于重组DNA、表达盒、转座子、质粒载体、噬菌体载体、病毒载体、工程菌或非可再生的植物部分。第三方面，本专利技术提供所述基因GS10或含有所述基因的生物材料的以下任一应用：(1)调控水稻粒型(包括粒长、粒宽和粒重)、穗型、叶型及株高；(2)用于植物品种改良；(3)用于制备转基因植物。本专利技术中，所述植物优选为禾本科植物，更优选水稻。第四方面，本专利技术提供一种使水稻粒长变短、粒宽变宽、粒重减轻、穗长变短、叶型变短变宽、株高降低的方法，包括：利用基因工程手段，弱化或敲除水稻中的基因GS10。进一步地，以基因GS10为靶标，设计基于CRISPR/Cas9的sgRNA序列，将含有编码所述sgRNA序列的DNA片段连接到携带CRISPR/Cas的载体中，转化水稻，进而获得该基因功能缺失的转基因水稻。优选地，sgRNA作用位点的核苷酸序列为5’-GTGCCGAAGTATCCTCGCTAAGG-3’。第五方面，本专利技术提供一种使植物粒长变长、粒宽变窄、增加粒重、穗长变长、叶型变长变窄、株高增加的方法，包括：利用基因工程手段，在植物中过表达基因GS10。所述过表达的方式选自以下1)～5)，或任选的组合：1)通过导入具有所述基因的质粒；2)通过增加植物染色体上所述基因的拷贝数；3)通过改变植物染色体上所述基因的启动子序列；4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接；5)通过导入增强子。第六方面，本专利技术提供按照上述方法获得的转基因植物(水稻)在植物育种中的应用。其中，所述育种方法包括但不限于转基因、杂交、回交、自交或无性繁殖。第七方面，本专利技术提供一种培育粒型、株型生长发育正常的转基因植物的方法，包括：将所述基因GS10导入粒型、株型发育异常的植物中，得到粒型、株型发育正常的转基因植物；所述粒型、株型发育异常的植物为粒长变短、粒宽变宽、粒重减轻、穗长变短、叶型变短变宽、株高降低的植物；所述粒型、株型正常的转基因植物为粒长、粒宽、粒重、穗长、叶长、叶宽和株高恢复正常的转基因植物。第八方面，本专利技术提供用于扩增所述基因GS10的特异性PCR引物，由于GS10基因较大，本专利技术采用分段式PCR扩增，然后利用同源重组的方法连接成全长序列，所用引物为HB42-F和HB42-R以及HB43-F和HB43-R(表2，SEQIDNO：4-7)。本专利技术还提供用于扩增所述基因GS10cDNA序列的特异性PCR引物对，所述引物对的上、下游引物序列分别为CDS74-F和CDS74-R(表2，SEQIDNO：8-9)借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：本专利技术首次分离克隆了一个新的控制水稻粒型的基因GS10，突变体功能丧失型突变导致籽粒的粒长变短、粒宽变宽、粒重减轻。过表达GS10基因可导致籽粒增大，产量增加。GS10基因对水稻粒型形成的分子机制研究有重要意义，本专利技术为水稻粒型改良育种提供了新的基因资源，大大推进了水稻育种进程。附图说明图1为本专利技术gs10突变体产生短宽的籽粒；其中，A-B：野生型和gs10突变体成熟的谷粒；C：野生型和gs10突变体的糙米；D-G：野生型和gs10突变体的粒长(D)，粒宽(E)，粒厚(F)和千粒重(G)。标尺：A-C，5mm。数据：平均值±标准差(D-G中n＝30)。**表示P＜0.01，P值来于t检测。图2为本专利技术较佳实施例中野生型和gs10突变体的农艺相关性状比较；其中，A：野生型和gs10突变体成熟期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水稻粒型基因GS10，其特征在于，其为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：/n(a)由SEQ ID NO：3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；/n(b)SEQ ID NO：3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。/n

【技术特征摘要】
1.水稻粒型基因GS10，其特征在于，其为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：
(a)由SEQIDNO：3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；
(b)SEQIDNO：3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。


2.根据权利要求1所述的基因GS10，其特征在于，其核苷酸序列为：
i)SEQIDNO：1所示的核苷酸序列；
ii)SEQIDNO：1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列；
iii)在严格条件下与SEQIDNO：1所示序列杂交且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜；或
iv)与i)、ii)或iii)的核苷酸序列具有90％以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列；
其cDNA序列为：
i)SEQIDNO：2所示的核苷酸序列；
ii)SEQIDNO：2所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列；
iii)在严格条件下与SEQIDNO：2所示序列杂交且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜；或
iv)与i)、ii)或iii)的核苷酸序列具有90％以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。


3.含有权利要求1或2所述基因GS10的生物材料，所述生物材料为重组DNA、表达盒、转座子、质粒载体、噬菌体载体、病毒载体、工程菌或非可再生的植物部分。


4.权利要求1或2所述基因GS10或权利要求3所述生物材料的以下任一应用：
(1)调控水稻粒型、穗型、叶型及株高；
(2)用于植物品种改良；
(3)用于制备转基因植物；
所述水稻粒型包括粒长、粒宽和粒重；
优选地，所述植物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张迎信，曹立勇，陈玉宇，吴玮勋，程式华，陈代波，
申请(专利权)人：中国水稻研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33