一种调控水稻结实率的基因制造技术

本发明专利技术公开了一种新发现的水稻基因PSR9，其核苷酸序列为SEQ ID NO:1或者SEQ ID NO:2，该基因能够用于提高水稻结实率。该基因能够用于提高水稻结实率。

【技术实现步骤摘要】
一种调控水稻结实率的基因


[0001]本专利技术属于生物工程领域，具体地说，涉及一种新发现的水稻基因PSR9及其在调控水稻结实率中的应用。

技术介绍

[0002]粒重、穗粒数、分蘖数、结实率是水稻产量的重要构成因素，解析这些重要性状的遗传机制，一直是人们的研究重点。目前对粒重、穗粒数、分蘖数
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13]等产量性状的调控基因及调控机理都有了比较深入的研究。但对于调控结实率的基因及调控机理的研究还很少
[14]。影响结实率的因素很多，生理遗传背景、自然环境条件和栽培技术措施等都对水稻结实率有重要的影响。与粒重、穗粒数、分蘖数相比，结实率稳定性较差，变异更大，更易受环境条件的影响而发生较大的波动。这些都进一步加大了水稻结实率研究的难度。
[0003]水稻从种子萌发至新种子的形成包含了营养生长期和生殖生长期。生殖生长期包括水稻花的诱导、幼穗的发育、性细胞的形成、开花、授粉与受精直至结实。在生殖生长阶段，雌雄配子体的正常发育及有效地传粉受精才能保证水稻正常的结实，其中任意一个环节出现异常都会影响水稻结实率，甚至造成完全不育。这些原因又可以分为：(1)雌雄蕊发育异常，导致无法完成受精过程。进一步可以分为雌性不育和雄性不育。(2)颖花发育正常，但雌雄蕊的授粉和受精过程不协调，例如雌雄蕊异长，以致于柱头接受不到花粉；柱头分泌物质过少或过浓，或存在抑制花粉萌发的物质；花粉管伸长受阻，不能到达胚囊等。(3)种子发育过程，包括胚形态、胚发育过程异常。目前对雌雄性器官发育异常引起不育的研究及种子发育过程的研究较多，而授粉及受精过程引起的不育及结实率降低的研究在水稻中较少。

技术实现思路

[0004]在水稻研究中，我们在籼稻广陆矮4号(GLA4)与野生稻W1943的替换系群体中，发现一个结实率很低的单片段替换系CSSL63，其背景为GLA4，第九号染色体尾部约5Mb片段被W1943替换。遗传分析结果表明，这一性状由单核基因控制。我们通过图位克隆的方法定位到此基因，命名为PSR9(panicle seed setting rate of Chr9)。对替换系中影响结实率的因素进行分析后发现，其花粉粒活性没有影响，正常生长温度下，雌蕊发育也正常，而花粉管生长受到影响。这些状况由于替换系中PSR9极低表达量造成。同时，我们检测了野生稻穗部组织PSR9的表达量，显示多个野生稻中PSR9表达量都极低。Tajima
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s D检验结果显示，栽培稻群体中PSR9多样性下降，偏离中性选择，可能受到驯化选择。这一研究发现构成了本专利技术的基础。
[0005]因此，本专利技术的第一个方面提供了一种编码水稻中MADS蛋白家族的基因，本文中命名为PSR9(Panicle Seed setting Rate of Chr9)，其核苷酸序列与SEQ ID NO:1或者SEQ ID NO:2具有≥90％、≥92％、≥95％、优选≥98％，更优选≥99％的同源性。
[0006]上述基因的核苷酸序列优选为SEQ ID NO:1(来源于水稻GLA4)或者SEQ ID NO:2
(来源于水稻W1943)。更优选来源于水稻GLA4的SEQ ID NO:1，能使水稻具有更高的结实率。
[0007]本专利技术的第二个方面提供了包含上述基因的载体。该载体是用于将所述基因整合入水稻基因组的质粒。
[0008]可选地，上述载体的骨架质粒可以为pCAMBIA系列，例如为pCAMBIA1300。本专利技术的第三个方面提供了一种农杆菌，其转化了上述用于表达基因PSR9的载体。该农杆菌用于介导将包含上述PSR9基因的载体导入水稻中，完成转基因操作。所述农杆菌选自根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)和发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)。
[0009]本专利技术的第三个方面提供了上述的PSR9基因、或者上述的载体在调控水稻结实率、尤其是提高水稻结实率中的用途。
[0010]具体地，可以采用质粒转化、同源重组技术或者基因编辑技术将上述的PSR9基因整合入水稻基因组中。
[0011]在一种实施方式中，可以将上述PSR9基因整合入水稻基因组中第九号染色体上。
[0012]上述的基因整合可以是农杆菌介导的质粒转化。
[0013]上述基因编辑技术可以采用CRISPR
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Cas9系统、CRISPR
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Cpf1系统、CRISPR
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Cas相关的转座系统INTEGRATE系统或者CAST系统。
[0014]上述INTEGRATE系统是指SamSternberg研究组开发的基因编辑工具(InsertionoftransposableelementsbyguideRNA
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assistedtargeting，引导RNA辅助靶向的转座元件插入)；CAST系统是指张锋研究组开发的基因编辑工具(CRISPR
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associatedtransposase，CRISPR相关转座酶)。
[0015]上述的PSR9基因在水稻中用于调控、尤其是促进花粉管在胚囊中的生长。其中待进行基因改造的水稻例如是结实率低的水稻。
[0016]实验表明，本专利技术新发现的水稻PSR9基因通过调控花粉管在胚囊中的生长，从而影响了水稻结实率，最终影响产量。栽培稻品种中，PSR9基因的高表达使栽培稻品种有较高的结实率，保证了栽培稻品种具有较高的产量。提示PSR9基因能够用于改良水稻品种，防止水稻退化，提高水稻产量，具有广阔的开发应用前景。
附图说明
[0017]图1显示了CS6和CS12两个互补转基因株系中基因PSR9的图位克隆照片/图。其中，A：GLA4和CSSL63穗部表型差异；B：GLA4和CSSL63花结构图；C：GLA4和CSSL63花粉活性比较；D：PSR9基因图位克隆过程；E：GLA4、NIL
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S9及互补转基因株系穗部表型。
[0018]图2显示了的PSR9基因CRISPR敲除株系的表型照片/图。其中，A：粳稻品种DJ和CRISPR敲除植株CR1表型比较；B：粳稻品种DJ和CRISPR敲除植株CR1穗部表型；C：DJ及5个敲除株系结实率统计；D：PSR9基因CRISPR敲除位点。
[0019]图3显示了PSR9基因在GLA4和W1943中差异分析。其中，A：GLA4和W1943在PSR9启动子1kb内序列比较分析；B：PSR9编码序列在GLA4和W1943比较分析；C：PSR9基因3
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UTR在GLA4和W1943中比较分析。
[0020]图4显示了PSR9基因表达量分析及原位杂交。其中，A：PSR9基因在GLA4和NIL
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S9不同组织中表达量分析；B：PSR9基因在GLA4,NIL
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S9及不同互补转基因株系5
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10cm穗部组织中表达量分析；C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水稻中编码MADS蛋白家族的基因，其核苷酸序列与SEQ ID NO:1或者SEQ ID NO:2具有≥90％、≥92％、≥95％、优选≥98％，更优选≥99％的同源性。2.如权利要求1所述的基因，其特征在于，核苷酸序列为SEQ ID NO:1或者SEQ ID NO:2。3.包含如权利要求1或2所述基因的载体。4.如权利要求3所述的载体，其特征在于，骨架质粒为pCAMBIA系列。5.一种农杆菌，其转化了如权利要求3或4所述的载体。6.如权利要求1或2所述的基因、或者如权利要求3或4所述的载体在调控水稻结实率中的用途。7.如权利要求6所述的用途，其特征在于，采用质粒转化、同源...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩斌，崔玲玲，吕丹凤，
申请(专利权)人：中国科学院分子植物科学卓越创新中心，
类型：发明
国别省市：