水稻PAL1基因及其编码蛋白与应用制造技术

本发明专利技术涉及基因工程领域，具体涉及水稻

【技术实现步骤摘要】
水稻PAL1基因及其编码蛋白与应用
本专利技术属于基因工程领域，具体地说，涉及水稻PAL1基因及其编码蛋白与应用。
技术介绍
水稻(OryzasativaL.)是我国重要的粮食作物之一，其产量和品质直接影响着我国粮食安全和人民生活水平。水稻穗型一直是水稻遗传与育种研究的重要内容之一，是影响水稻产量的重要性状。稻穗结构为圆锥花序，其组成包含主轴、一级枝梗、二级枝梗以及着生在枝梗上的小穗。根据穗轴的长短，枝梗数和小穗数的密集程度，是否直立等性状可将水稻穗型分为长短穗、稀密穗和弯直穗等穗型。近年来，随着水稻全基因组测序工作的完成及水稻分子生物学和功能基因组学的发展，利用遗传群体和突变体的方法定位克隆了许多调控穗发育相关的基因。尽管这些基因的效应各有差异，但基本都参与了枝梗分生组织的形成、枝梗分生组织的大小、小穗分生组织的转变时间以及枝梗伸长的调控。LAX1基因编码一个bHLH的转录因子，该基因参与水稻穗颈的腋生分生组织的启动和维持，形成水稻花序侧生分生组织。表型温和的lax1突变体穗部分枝减少，穗粒数减少。而表型严重的lax1突变体则只有穗轴，无枝梗，也不结实。LAX2能与LAX1互作，是一个包含植物特异保守结构域的核蛋白。lax2单突变体穗型稀疏，lax1lax2双突变体的稀穗表型增强。RCN1和RCN2通过控制阶段转变时间在决定水稻穗部形态中起重要作用，其组成型表达使营养生长到生殖生长的转变被推迟，导致枝梗数量急剧增加，穗的形态更加紧密。DEP1基因的显性等位变异能促进细胞分裂，降低穗颈节长度并使稻穗变密、枝梗数增加、每穗籽粒数增多。编码转录因子OsSPL14的IPA1能够通过正调控DEP1促进水稻穗分枝的形成，在营养生长和生殖生长阶段，IPA1在顶端分生组织和一二级枝梗高度表达。FZP具有ERF转录激活因子的功能，促进水稻小穗的发育。fzp突变体表现为级枝梗正常发育，但在枝梗上不能分化形成小穗，并且在原本形成小穗的地方不断产生下一级枝梗。SP1是一个参与调控水稻穗长的基因，在幼穗韧皮部中高表达，编码一个多肽转运蛋白。电镜扫描发现突变体在营养生长期及发育早期和野生型无差异，但在稻穗枝梗伸长过程中发生缺陷，导致稻穗发育过程中一级枝梗发育延迟或退化，从而使一级枝梗的数目减少。Gn1a是影响水稻每穗实粒数的主效QTL，编码一种降解细胞分裂素的细胞分裂素氧化酶/脱氢酶OsCKX2。Gn1a表达下降导致细胞分裂素在花序分生组织中累积，增加了每穗颖花数，进而穗粒数增多，最终提高水稻产量。过去数十年来，对控制水稻花序表型的相关因子及调控路径的研究已取得巨大进展，如能特异地作用于水稻花序发育的生长素信号和细胞分裂素信号。然而，尽管目前已鉴定出一些水稻穗发育相关的基因，但其作用的具体模式仍有诸多未知，并且已报到的具有穗发育调控功能的基因数目还不够丰富。因此，进一步挖掘水稻穗型调控基因并进行深入研究，对于阐明水稻穗发育的遗传机制具有重要意义，同时也为水稻高产育种提供充分的理论依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供能够调控水稻穗型的水稻PAL1基因、其编码蛋白及应用。为了实现本专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种水稻PAL1蛋白，为如下1）或2）任一种蛋白：1）具有如SEQIDNO.4所示的氨基酸序列；2）具有如SEQIDNO.4所示的序列经一个或多个氨基酸的替换、缺失或插入的氨基酸序列，但具有与SEQIDNO.4所示PAL1蛋白相同功能的蛋白。进一步地，本专利技术还提供了编码前述蛋白的基因。具体而言，其具有如下1）~3）任一种核苷酸序列：1）如SEQIDNO.1所示的核苷酸序列；2）如SEQIDNO.1所示的核苷酸序列经一个或多个核苷酸的替换、缺失或插入形成的序列；3）在严格条件下与能够与1）或2）所述的核苷酸序列杂交并编码相同功能蛋白的核苷酸序列。进一步地，本专利技术还提供了含有所述基因的载体，以及含有所述基因或所述载体的宿主细胞。所述载体包括植物表达载体pCAMBIA1305.1或其衍生载体等；所述宿主细胞包括农杆菌细胞及大肠杆菌细胞等。所述载体和宿主细胞可理解为本领域技术人员在转基因过程中所使用的载体和宿主细胞，且该宿主细胞不具有发育成植物个体的能力。但随着科技发展，所述载体和宿主细胞的选择也许会发生变化，或在非转基因目的的应用领域，也同样涉及载体和宿主细胞的利用，但只要含有本专利技术所述基因或本专利技术所述的载体，均在本专利技术的保护范围之内。此外，本专利技术提供了所述基因在调控水稻株高和穗型方面的应用。所述应用包括本专利技术所述PAL1蛋白或编码基因在改良水稻株高或穗型中的应用。本专利技术通过实验发现，PAL1基因发生突变的水稻pal1突变体的植株高度较野生型植株的株高降低了15.2%。从穗型上分析，pal1突变体穗长降低，一级枝梗数和二级枝梗数以及穗粒数均显著减少。其中，穗长较野生型降低了25.6%，一级枝梗数、二级枝梗数以及穗粒数分别较野生型降低了22.0%，45.9%和40.2%。鉴于此，本专利技术还提供了所述PAL1基因在制备转基因植物中的应用。转基因植物的制备为本领域常规技术手段，本专利技术不另作限定，利用本专利技术所述基因进行水稻转基因育种的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术提供了水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有编码基因的生物材料在调控水稻穗长、枝梗数目或穗粒数中的应用。本专利技术提供了水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有编码基因的生物材料在增加水稻穗长长度、增加水稻枝梗数目或增加穗粒数中的应用。本专利技术提供了水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有编码基因的生物材料在水稻穗型种质资源改良中的应用。本专利技术提供了水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有编码基因的生物材料在制备穗粒数多或高产量转基因水稻中的应用。本专利技术进一步通过试验发现，将本专利技术所述PAL1基因转化水稻pal1突变体，可以恢复突变体至正常穗型的表型。因而本专利技术所述PAL1基因可以直接调控水稻穗型大小。本专利技术提供的水稻PAL1基因突变基因，其为水稻PAL1基因起始密码子起第256到第261位共6个碱基缺失，缺失序列为“gaccag”，也即水稻PAL1基因突变基因的序列为SEQIDNO.3所示的PAL1基因的CDS序列的第256-261位缺失后的序列。本专利技术提供了上述水稻PAL1基因突变基因或含有该基因的生物材料在降低水稻株高、或制备矮型转基因水稻中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术首次发现了对水稻株高和穗型大小存在影响的PAL1基因及其编码蛋白，并通过试验验证了所述基因具有调控水稻株高和穗型的功能。PAL1基因突变导致株高和穗长显著降低，而回补所述基因能够显著提高突变体的株高和穗大小。本专利技术提供的技术方案为水稻的选育和转基因水稻的制备提供了新的方向，且通过构建转化所述基因的转基因水稻，能够有利于水稻的产量的提高。附图说明图1为本专利技术所述野生型淮稻5号与pal1突变体的表型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有其编码基因的生物材料在调控水稻穗长、枝梗数目或穗粒数中的应用；/n所述水稻PAL1蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示；/n所述其编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；/n所述生物材料为表达盒、载体、宿主菌或不能繁殖为植物个体的宿主细胞。/n

【技术特征摘要】
1.水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有其编码基因的生物材料在调控水稻穗长、枝梗数目或穗粒数中的应用；
所述水稻PAL1蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.4所示；
所述其编码基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示；
所述生物材料为表达盒、载体、宿主菌或不能繁殖为植物个体的宿主细胞。


2.水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有其编码基因的生物材料在增加水稻穗长长度、增加水稻枝梗数目或增加穗粒数中的应用；
所述水稻PAL1蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.4所示；
所述其编码基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示；
所述生物材料为表达盒、载体、宿主菌或不能繁殖为植物个体的宿主细胞。


3.水稻PAL1蛋白或其编码基因或含有其编码基因的生物材料在水稻穗型种质资源改良中的应用；所述水稻PAL1蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.4所示；
所述其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学勇，淳雁，赵金凤，房静静，袁守江，
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