一种控制水稻谷粒大小的基因及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种控制水稻谷粒大小的基因及其应用。具体地，本发明专利技术人通过对水稻谷粒大小性状的数量性状位点研究，首次揭示了一种水稻大粒相关基因GLW2，该基因编码一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，影响水稻粒长、粒宽、粒厚和千粒重以及其他农艺性状，可以提高作物的产量或品质，调节颖壳细胞数目。与小粒亲本ZHZ14相比，大粒亲本Z240的GLW2起始密码子ATG上游

【技术实现步骤摘要】
一种控制水稻谷粒大小的基因及其应用


[0001]本专利技术涉及农学领域，具体涉及到一种控制水稻谷粒大小的基因及其应用。

技术介绍

[0002]水稻单株产量由三要素构成：穗数、穗粒数和粒重。粒重又包括籽粒大小和灌浆程度，当灌浆程度理想时，籽粒大小是影响粒重的直接因素，包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比。水稻谷粒大小性状在遗传学中属于连续变化的数量性状，由数量性状位点 （Quantitative trait loci, QTLs）控制。随着水稻全基因组序列测定的完成，已经检测到数百个控制水稻谷粒大小的QTLs，分布于水稻12条染色体上，但除了少量的QTLs/基因外 (比如GS3、GW2、GW7、GW8等)，其他调控水稻谷粒大小的QTL仍处于遗传定位阶段。精细定位并解析这些QTLs的功能是提高水稻产量，改良稻米品质的关键。
[0003]DNA分子标记技术的成熟和广泛应用，是近30年来QTL定位能够得到快速发展的技术基础。分子标记的基础是个体间遗传物质内核苷酸序列的变异，直接反映DNA水平的遗传多态性。常用的分子标记有简单重复序列（SSR）、插入/缺失（InDel）。随着生物技术、遗传学和分子生物学的发展，分子标记辅助育种技术（Marker assisted selection, MAS）越来越多地应用于作物育种实践中。MAS技术通过分析和跟踪与目标基因紧密连锁的分子标记，进而缩短育成品种周期，在水稻质量性状改良、数量性状改良、基因渗入、基因聚合和回交育种等方面都有广泛应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种新的可用于控制水稻籽粒大小的基因及其应用。
[0005]在本专利技术的第一方面，提供一种分离的控制水稻籽粒大小的多肽，该蛋白选自下组：（a）具有SEQ ID NO:2氨基酸序列的多肽；或（b）将SEQ ID NO:2氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有控制作物籽粒大小功能的由 （a）衍生的多肽；（c）氨基酸序列与SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的同源性≥90%（较佳地≥95%，更佳地≥98%），由（a）衍生的多肽。
[0006]在本专利技术的另一优选例中，所述的蛋白来源于水稻。
[0007]在本专利技术的另一优选例中，所述的蛋白具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性。
[0008]在本专利技术的第二方面，提供了一种分离的多核苷酸，所述的多核苷酸选自下组：（a）编码本专利技术第一方面所述的多肽的多核苷酸；（b）序列如SEQ ID NO:1所示的多核苷酸；（c）核苷酸序列与SEQ ID NO: 1序列的同源性≥95%（较佳地≥98%）的多核苷酸；（d）与（a）、（b）和（c）所述的多核苷酸互补的多核苷酸。
[0009]在本专利技术的第三方面，提供一种载体，它含有所述的多核苷酸。
[0010]在本专利技术的第四方面，提供所述的水稻大粒基因或其编码的蛋白的用途，用于：控制作物籽粒的粒长、粒宽、粒厚和千粒重；调节颖壳细胞数目；或作为鉴定作物大粒品种和小粒品种的分子标记。
[0011]在本专利技术的第五方面，提供一种改良的作物（更优选的，为增加作物籽粒的粒长、粒宽、粒厚和千粒重的方法）该方法包括:（a）提高所述作物中水稻大粒基因的表达；或（b）将表达量较高的水稻大粒基因导入小粒品种中。
[0012]在本专利技术的另一优选例中，用分子标记辅助选择技术将从大粒品种的作物中获得的GLW2基因片段导入小粒品种的作物中，该方法为非转基因方法，没有安全隐患。
附图说明
[0013]下列附图用于说明本专利技术的具体实施方案，而不用于限定由权利要求书所界定的本专利技术范围。
[0014]图1显示了GLW2基因：方块为该基因的外显子，黑色连接线为内含子，方块和连接线上方数字为内含子的片段长度，方块和连接线下方数字为外显子的片段长度。
[0015]图2显示了水稻GLW2正义转基因植株（GLW2
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OE
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1、GLW2
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OE
‑
2）与受体品种中花11（ZH11）的种子，棒状基线（bar）= 1 cm。
[0016]图3显示了利用CRISPR/Cas9技术获得GLW2突变体植株（glw2
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1、glw2
‑
2）与受体品种中花11（ZH11）的种子，棒状基线（bar）= 1 cm。
[0017]图4显示了近等基因系NIL
‑ꢀ
GLW2（含有GLW2的69
‑
kb的Z240片段渗入，其他绝大部分染色体区域为ZHZ14片段背景）与对照材料（Control）的籽粒表型，棒状基线（bar） = 1 cm。
[0018]图5显示了近等基因系NIL
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GLW2与对照材料（Control）成熟颖壳细胞的大小和数目，棒状基线（bar） = 50 μm。
具体实施方式
[0019]本专利技术人经过广泛深入的研究，首次发现了一个控制水稻谷粒大小性状的基因，该基因编码一种磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，本专利技术人将此基因命名为GLW2。研究结果表明，GLW2基因过量表达的转基因籽粒变大，千粒重增加，敲除GLW2基因的转基因材料籽粒变小，千粒重降低，可见GLW2基因在农作物籽粒大小改良育种中具有重要作用和广泛应用前景。在此基础上完成了本专利技术。
[0020]术语本专利技术所述的“作物”包括但不限于：禾本科植物。更优选的，所述的禾本科植物包括但不限于：水稻，玉米，小麦，大麦，大豆，高粱等。
[0021]本专利技术所述的“分离的”是指物质从其原始环境中分离出来。如活体细胞内的天然状态下的多聚核苷酸和多肽是没有分离纯化的，但同样的多聚核苷酸或多肽如从天然状态中同存在的其他物质中分开，则为分离纯化的。
[0022]本专利技术所述的“丰度”是指一种化学元素在某个自然体中占这个自然体总分量的相对份额（如百分数）。丰度表示方法主要分为重量丰度、原子丰度和相对丰度。
[0023]本专利技术所述的“分离的GLW2蛋白或多肽”是指所述的GLW2蛋白基本上不含天然与
其相关的其他蛋白、脂类、糖类或其他物质。本领域的技术人员能用标准的蛋白质技术表达和纯化GLW2蛋白。纯化的GLW2多肽蛋白在非还原聚丙烯酰胺凝胶上基本上能产生单一的主带。
[0024]本专利技术的多肽可以是重组多肽、天然多肽、合成多肽，优选重组多肽。本专利技术的多肽可以是天然纯化的产物，或是化学合成的产物，或使用重组技术从原核或真核宿主中产生。本专利技术的多肽还可包括或不包括起始的甲硫氨酸残基。
[0025]本专利技术还包括GLW2蛋白的片段、衍生物和类似物。如本文所用，术语“片段”、“衍生物”和“类似物”是指基本上保持本专利技术的天然GLW2蛋白相同的生物学功能或活性的多肽。
[0026]在本专利技术中，术语“GLW2蛋白”指具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶蛋白活性的SEQ ID NO:2序列的多肽。该术语还包括具有与GLW2蛋白相同功能的、SEQ ID 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离的蛋白，其特征在于，该蛋白选自下组：(a) 具有SEQ ID NO:2氨基酸序列的多肽；或(b) 将SEQ ID NO:2所示氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有控制作物籽粒大小功能的由(a)衍生的多肽；或(c) 氨基酸序列与SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的同源性≥90%(较佳地≥95%，更佳地≥98%)，由(a)衍生的多肽。2.如权利要求1所述的蛋白，其特征在于，所述的蛋白来源于水稻。3.如权利要求1所述的蛋白，其特征在于，所述的蛋白具有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性。4.一种分离的多核苷酸，其特征在于，该多核苷酸选自下组：(a) 编码权利要求1所述的蛋白的多核苷酸；或(b)与(a)中的多核苷酸互补的多核苷酸。5.如权利要求4所述的多核苷酸，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：‑，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：