长雄蕊野生稻高产、高光效基因FarL1及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一个来自长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)的新基因FarL1及其应用，属于作物基因工程和分子生物学技术领域。本发明专利技术将FarL1基因导入水稻近等基因系NIL

【技术实现步骤摘要】
长雄蕊野生稻高产、高光效基因FarL1及其应用


[0001]本专利技术属于作物基因工程和分子生物学
，具体涉及一种长雄蕊野生稻高产、高光效基因FarL1及其应用。

技术介绍

[0002]水稻作为世界上三大粮食作物之一，以之为主食的人口数量占据着世界人口的一半以上。随着人口数量的增长、社会的发展以及人类生活水平的不断提高，水稻的供应缺口不断扩大，因此增加全球水稻产量来填补这个缺口，对于确保21世纪的粮食安全至关重要。挖掘产量相关的优良基因是提高水稻产量的一个重要途径。长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)是一种来自非洲的古老野生稻，含有丰富的遗传变异，具有茎秆粗壮抗倒伏、穗大粒多、抗病虫抗逆能力强等众多优良特性，是水稻遗传改良的重要基因资源库。发掘利用长雄蕊野生稻中高产、抗病虫等相关基因对促进水稻高产改良，保障粮食安全具有重要意义。
[0003]水稻产量主要由三因素构成：有效穗、每穗穗粒数及千粒重。对这些产量性状基因进行克隆，并将这些有利的等位基因应用到实际水稻育种工作中，无疑将会促进高产量水稻品种的培育，从而缓解由于人口迅速增长带来的粮食危机。
[0004]Far(far
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red
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impaired response)转录因子家族是水稻、拟南芥等植物中遗传功能相对比较保守的一个基因家族，大量的研究表明该基因家族参与植物的生长发育、光周期调控以及抗逆等生物过程，具有相当多的生物学功能。

技术实现思路

[0005]本专利技术在长雄蕊野生稻大穗渗入系材料1762(Long et al.,Crop Journal,2023,doi:10.1016/j.cj.2023.03.017)的基础上，将其与长雄蕊野生稻渗入系受体亲本9311杂交、回交，构建其近等基因系，然后利用图位克隆的方法分离了该材料中控制每穗穗粒数的高产基因FarL1。该基因是长雄蕊野生稻的一个特异基因，具有促进水稻光合作用和二次枝梗发育的功能，增加穗粒数，从而提高水稻产量，可广泛应用于水稻高产新品种的培育。
[0006]本专利技术的目的在于提供一种长雄蕊野生稻高产基因FarL1，并根据该基因与水稻光合作用和二次枝梗发育的关系，进而提供FarL1基因在提高水稻产量上的应用。
[0007]本专利技术的目的可通过下述方案实现：
[0008]本专利技术通过水稻有性杂交将FarL1基因导入水稻或在水稻体内表达FarL1基因发现：将FarL1基因导入水稻近等基因系NIL
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FarL1或在水稻品种9311体内表达FarL1后，其光合作用效率、成熟期穗部二次枝梗数目和每穗穗粒数明显高于9311。这表明FarL1直接调控水稻光合作用效率、二次枝梗数目和每穗穗粒数。FarL1是长雄蕊野生稻特异基因，它可通过与组蛋白H3K27Me2/3去甲基化酶互作来行驶功能，而组蛋白H3K27Me2/3去甲基化酶及其功能结构域在其他重要粮食作物(高粱、玉米等)中高度保守，表明该基因对其他作物产量调控方面可能有着相似的分子机制。因此FarL1很可能也通过类似分子机制调控其他单子
叶禾本科作物的产量。
[0009]FarL1，一种参与水稻光合作用和二次枝梗发育调控的蛋白质，来源于长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)，其氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。
[0010]为了使FarL1蛋白质便于研究和利用，可在该蛋白序列的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。
[0011]表1.标签及其氨基酸序列
[0012]标签残基序列Poly
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Arg5
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6(通常为5个)RRRRRPoly
‑
His2
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10(通常为6个)HHHHHHFLAG8DYKDDDDKStrep
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tagⅡ8WSHPQFEKc
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myc10EQKLISEEDL
[0013]一种参与水稻光合作用、二次枝梗发育调控的FarL1基因，其核苷酸序列为SEQ ID NO.1、2或3所示序列的任一种。
[0014]SEQ ID NO.1所示核苷酸序列为基因组碱基序列，由2395个碱基组成，其中包含启动子、5'UTR、外显子、3'UTR。
[0015]SEQ ID NO.2所示核苷酸序列为cDNA编码序列。
[0016]SEQ ID NO.3所示核苷酸序列为CDS序列。
[0017]FarL1基因具有促进水稻光合作用、二次枝梗发育进而提高水稻产量的应用。相应的，扩增FarL1基因全长的引物，含有FarL1基因的表达盒、重组载体、转基因细胞系或重组菌，也具有促进水稻光合作用、二次枝梗发育进而提高水稻产量的应用
[0018]FarL1基因能够通过促进水稻光合作用及其增加二次枝梗数目使水稻每穗穗粒数明显增加，在培育高产水稻品种上具有重要应用价值。
[0019]扩增FarL1基因全长的引物在水稻高产量品种培育上的应用。
[0020]含有FarL1基因的表达盒、重组载体、转基因细胞系或重组菌在水稻高产量品种培育上的应用。
[0021]提高水稻光合作用效率、二次枝梗数目以及水稻产量可以通过杂交转移将FarL1导入栽培稻品种，或通过转基因将FarL1转入栽培稻使其正常表达或过表达来实现，具体操作方法为将FarL1基因通过利用携带FarL1基因的长雄蕊野生稻或NIL
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FarL1与其他水稻品种进行有性杂交，将其导入其他水稻品种中；或通过表达载体转入到水稻体内使FarL1过表达。
[0022]为了构建含有FarL1的重组载体可选择现有的作物转化载体。所述作物转化载体包括双元农杆菌载体和可用于作物微弹轰击的载体等，如pCAMBIA3301、pYLCRISPR/Cas9Pubi
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B、pYLCRISPR/Cas9P35S
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H、pYLCRISPR/Cas9P35S
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N、pCAMBIA2301、pH7WG2D或其他编辑技术相关载体，如TALENs、ZFNs等。
[0023]为了达到利用FarL1基因改善水稻产量的目的，在构建载体时可以在基因起始位点前添加任何一种有助于改变FarL1基因表达的启动子，如花椰菜花叶病毒(CAMV)35S启动子、泛素(Ubiquitin)基因启动子(pUbi)等，此外还可以通过添加增强子的方式达到增强表达的目的。无论采用何种方式必须保证编码序列的正确性从而获得正确的FarL1蛋白结构。
[0024]可采用那些含有标记基因如：GUS基因、GFP基因，抗潮霉素基因、抗除草剂基因等的载体构建重组载体，这样更有利于实验操作以及后期的转化子筛选。
[0025]所述的含有FarL1的重组载体可以通过多种手段转化到作物组织或细胞中，如显微注射、农杆菌介导的遗传转化、通过Ti质粒、Ri质粒或病毒载体等常见的试验方法。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长雄蕊野生稻高产、高光效基因FarL1基因，其特征在于：所述FarL1基因编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。2.根据权利要求1所述的FarL1基因，其特征在于：所述FarL1基因的核苷酸序列为SEQ ID NO.1、2或3所示序列的任一种。3.一种权利要求1所述的FarL1基因的应用，其特征在于：所述的应用包括下述应用中的至少一种：提高水稻光合效率的应用，增加水稻二次枝梗数目的应用，增加水稻穗粒数的应用，提高水稻产量的应用，水稻高产量品种培育的应用。4.一种扩增权利要求1所述的FarL1基因的引物的应用，其特征在于：所述的应用包括下述应用中的至少一种：提高水稻光合效率的应用，增加水稻二次枝梗数目的应用，增加水稻穗粒数的应用，提高水稻产量的应用，水稻高产量品种培育的应用。5.一种含有权利要求1所述的FarL1基因的表达盒、重组载体、转基因细...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍清，刘曼曼，范峰峰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：