一种增加禾本科植物籽粒产量的新基因及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种增加禾本科植物籽粒产量的新基因及其应用。揭示了一种新型的与调控植物产量性状或胚乳品质相关的GRAS11及其下游分子EXPB15，其为禾本科植物籽粒的产量或胚乳品质的正调控基因，其功能缺失则会导致产量和品质下降，但是对于植物其他性状没有影响。本发明专利技术为植物的性状改良提供了新途径。本发明专利技术为植物的性状改良提供了新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种增加禾本科植物籽粒产量的新基因及其应用


[0001]本专利技术属于生物技术和植物学领域，更具体地，本专利技术涉及一种增加禾本科植物籽粒产量的新基因及其应用。

技术介绍

[0002]禾本科植物中，与水稻、小麦相比，玉米具有较强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性以及极好的环境适应性，因此玉米的种植面积在作物中占比很高。但也可以看到，玉米的单位面积产量要显著低于水稻等，推进玉米种质资源研究，开发高产玉米新品种还有很大潜力。玉米单株理论产量由穗粒数和粒重共同决定，而粒重又由籽粒长度、宽度、厚度及籽粒的充实度四个指标决定。玉米果穗由于籽粒排列紧密、相互挤压，粒长，粒宽，粒厚三个考种指标之间连锁较为紧密，且受穗粒数影响大，因此玉米产量相关QTL定位相对水稻进展缓慢。2019年，华中农大以一个热带小粒玉米品种(SK)为材料，应用Pacbio测序技术，组装了三代基因组，并通过重组自交系定位了一个同时控制粒型和粒重的数量遗传位点qHKW1，克隆了ZmBAM1d基因，该基因编码CLV1/BAM受体激酶蛋白，正调控粒型和粒重(Yang et al.,2019)。2020年，华中农大克隆了数量性状基因座qKW9，其编码一个DYW基序五肽重复蛋白，参与了叶绿体NADH脱氢酶样复合物亚单位ndhB的C
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U编辑，影响母体光合作用，进而影响玉米灌浆(Huang et al.,2020)。
[0003]通过QTL定位获得的玉米粒重相关基因资源比较有限，采用转基因手段提高玉米籽粒产量是另一种途径。目前通过转基因方法提高玉米产量，主要利用了两类基因：1.提高玉米体内碳水化合物转运入籽粒的效率，如过量表达ZmGIF1/Mn1(Li et al.,2013)；2.提高玉米胚乳淀粉合成能力，如过量表达AGPase大小亚基或大肠杆菌AGPase(Boehlein et al.,2014；Tuncel and Okita,2013)。
[0004]胚乳(Endosperm)一般是指被子植物在双受精过程中精子与极核融合后形成的滋养组织，也称内胚乳。这种组织既不是配子体，也不是孢子体，其染色体倍性一般为三倍体；为许多植物(如禾本科植物)种子的重要组成部分。
[0005]目前转基因利用的基因资源主要集中在碳水化合物的运输和储藏，但从胚乳发育的角度，胚乳细胞体积增加是一个被动的过程。协同调控胚乳细胞扩张和储藏物质运输合成，有利于获得更高产的种质资源。因此，本领域亟待从这一出发点考虑，挖掘可实现有效调控的靶基因。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种增加禾本科植物籽粒产量的新基因及其应用。
[0007]在本专利技术的第一方面，提供一种提高禾本科植物的产量或胚乳品质的方法，包括：在植物中上调GRAS11或其下游分子EXPB15的表达或活性。
[0008]在一个或多个实施方式中，所述的GRAS11包括其同源物，较佳地包括其在禾本科植物中的同源物。
[0009]在一个或多个实施方式中，所述的EXPB15包括其同源物，较佳地包括其在禾本科植物中的同源物。
[0010]在一个或多个实施方式中，所述的GRAS11包括蛋白或基因。
[0011]在一个或多个实施方式中，所述的EXPB15包括蛋白或基因。
[0012]在一个或多个实施方式中，所述的GRAS11藉由可与其互作的转录因子而间接发挥调控下游分子EXPB15的作用。
[0013]在一个或多个实施方式中，所述提高禾本科植物的产量包括：提高籽粒重量(粒重)，提高籽粒宽度(粒宽)，提高籽粒厚度(粒厚)。
[0014]在一个或多个实施方式中，所述提高禾本科植物的胚乳品质包括：增加胚乳厚度和/或宽度，促进胚乳细胞扩张和/或增大(包括宽度增加)。
[0015]在一个或多个实施方式中，所述的“促进胚乳细胞扩张和/或增大”包括时间上细胞扩张和/或增大的提前。
[0016]在一个或多个实施方式中，所述的“促进胚乳细胞扩张和/或增大”包括植物成熟时或成熟后，细胞发生增大。
[0017]在一个或多个实施方式中，所述的“胚乳细胞扩张和/或增大”是起始于灌浆期的胚乳细胞扩张和/或增大。
[0018]在一个或多个实施方式中，所述的“胚乳细胞扩张和/或增大”使得植物成熟后籽粒增大(包括宽度或厚度)和/或粒重增加。
[0019]在一个或多个实施方式中，所述上调包括：在植物中表达外源的GRAS11或其下游分子EXPB15；较佳地，以胚乳特异性启动子表达；更佳地，所述胚乳特异性包括(但不限于)：27
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kDγ
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醇溶蛋白启动子，10
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醇溶蛋白启动子等。
[0020]在一个或多个实施方式中，所述上调包括：在植物中提高GRAS11或其下游分子EXPB15的转录或翻译的效率。
[0021]在一个或多个实施方式中，所述上调包括：以与GRAS11或其下游分子EXPB15相互作用的上调分子进行调控，从而提高GRAS11或其下游分子EXPB15的表达或活性。
[0022]在一个或多个实施方式中，在植物中上调GRAS11或其下游分子EXPB15的表达或活性后，还包括：将所获得的植物进行自交、杂交或测交，获得后代植物。
[0023]在本专利技术的另一方面，提供一种GRAS11、其下游分子EXPB15或它们的上调分子的用途，用于：(a)提高禾本科植物的产量，或(b)提高禾本科植物的胚乳品质。
[0024]在一个或多个实施方式中，(a)中，包括：提高籽粒重量(粒重)，提高籽粒宽度(粒宽)，提高籽粒厚度(粒厚)。
[0025]在一个或多个实施方式中，(b)中，包括：增加胚乳厚度和/或宽度，促进胚乳细胞扩张和/或增大(包括宽度增加)。
[0026]在一个或多个实施方式中，所述的上调分子包括：表达所述GRAS11或其下游分子EXPB15的表达盒或表达构建物(包括表达载体)；提高所述GRAS11或其下游分子EXPB15翻译效率的表达盒或表达构建物；或，与所述GRAS11或其下游分子EXPB15相互作用、从而提高其表达或活性的上调分子。
[0027]在本专利技术的另一方面，提供一种表达构建体，包括操作性连接的：胚乳特异性表达启动子，GRAS11和/或其下游分子EXPB15；较佳地，所述表达构建体包括操作性连接的：胚乳
特异性表达启动子，GRAS11和其下游分子EXPB15；更佳地，所述胚乳特异性表达启动子包括(但不限于)：27
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kDγ
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醇溶蛋白启动子或其片段，10
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kDδ
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醇溶蛋白启动子等。
[0028]在一个或多个实施方式中，所述的27
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kDγ
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醇溶蛋白启动子包括SEQ ID NO:5或其中第1
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453位的核苷酸序列。
[0029]在本专利技术的另一方面，提供一种禾本科植物细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高禾本科植物的产量或胚乳品质的方法，其特征在于，所述方法包括：在植物中上调GRAS11或其下游分子EXPB15的表达或活性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提高禾本科植物的产量包括：提高籽粒重量，提高籽粒宽度，提高籽粒厚度；或所述提高禾本科植物的胚乳品质包括：增加胚乳厚度和/或宽度，促进胚乳细胞扩张和/或增大。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上调包括：在植物中表达外源的GRAS11或其下游分子EXPB15；较佳地，以胚乳特异性启动子表达；更佳地，所述胚乳特异性包括：27
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醇溶蛋白启动子，10
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kDδ
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醇溶蛋白启动子等；在植物中提高GRAS11或其下游分子EXPB15的转录或翻译的效率；或以与GRAS11或其下游分子EXPB15相互作用的上调分子进行调控，从而提高GRAS11或其下游分子EXPB15的表达或活性。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在植物中上调GRAS11或其下游分子EXPB15的表达或活性后，还包括：将所获得的植物进行自交、杂交或测交，获得后代植物。5.一种GRAS11、其下游分子EXPB15或它们的上调分子的用途，用于：(a)提高禾本科植物的产量，或(b)提高禾本科植物的胚乳品质。6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，(a)中，包括：提高籽粒重量，提高籽粒宽度，提高籽粒厚度；或(b)中，包括：增加胚乳厚度和/或宽度，促进胚乳细胞扩张和/或增大。7.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述的上调分子包括：表达所述GRAS11或其下游分子EXPB15的表达盒或表达构建物；提高所述GRAS11或其下游分子EXPB15翻译效率的表达盒或表达构建物；或与所述GRAS11或其下游分子EXPB15相互作用、从而提高其表达或活性的上调分子。8.一种表达构建体，其特征在于，所述表达构建体包括操作性连接的：胚乳特异性表达启动子，GRAS11和/或其下游分子EXPB15；较佳地，所述表达构建体包括操作性连接的：胚乳特异性表达启动子，GRAS11和其下游分子EXPB15；更佳地，所述胚乳特异性表达启动子包括：27
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kDγ
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醇溶蛋白启动子或其片段，10
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kDδ
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醇溶蛋白启动子等。9.一种禾本科植物细胞、组织或器官，其中含有外源的GRAS11蛋白的上调分子，所述上调分子为权利要求8所述的表达构建体。10.如权利要求1
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4任一所述的方法、权利要求5
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7任一所述的用途、权利要求8所述的表达构建体或权利要求9所述的宿主细胞，其特征在于，所述禾本科植物为表达GRAS11或其下游分子EXPB15或它们的同源物的植物；较佳地，所述禾本科植物包括选自：玉米、高粱、水稻、大麦、小麦、燕麦、黑麦、二穗短柄草。11.如权利要求1
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4任一所述的方法、权利要求5
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7任一所述的用途、权利要求8所述的表达构建体或权利要求9所述的宿主细胞，其特征在于，所述的GRAS11的多肽的氨基酸序列选自下组：(i)SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的多肽；(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫永睿，王婕琛，冀晨，
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：