水稻植株形态建成调控基因PTH1及其应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程领域。具体的说，本发明专利技术涉及一种利用图位克隆技术克隆一个同时影响水稻株高、分蘖、抽穗期及穗发育，进而影响水稻植株整个形态特征的基因PTH1(Panicle?size,Plant?height,Tiller?number,Days?to?heading)，以及利用转基因互补实验鉴定该基因的功能；同时还涉及利用该基因产物对水稻植株形态进行调控，用以获得农作物的理想株型，提高水稻的产量。

【技术实现步骤摘要】
水稻植株形态建成调控基因PTH1及其应用
本专利技术属于植物基因工程领域。具体的说，本专利技术涉及一种利用图位克隆技术克隆一个同时影响水稻株高、分蘖、抽穗期及穗发育，进而影响水稻植株整个形态特征的基因PTHl (Panicle size, Plant height, Tiller number, Days to heading)，以及利用转基因互补实验鉴定该基因的功能；同时还涉及利用该基因产物对水稻植株形态进行调控，用以获得农作物的理想株型，提高水稻的产量
技术介绍
水稻是我国重要的粮食作物之一，也是单子叶植物的理想模式植物。从植株形态组成来看，株高、分蘖等对于水稻理想株型的建成具有重要影响。适宜的株高能使水稻单株获得最大产量的同时保持植株的挺拔，Sdl基因作为20世纪60年代的水稻绿色革命基因，在水稻产量的突破和提高中起到了决定性的作用；分蘖数尤其是有效分蘖数在决定水稻产量形成中具有决定性作用。理论上，水稻品种在一定生育期内，形成有效分蘖越多，产量越高；但已有研究表明，适量的有效分蘖更有利于水稻高产，使得水稻生长的中后期能有更多的“源”能“流”入以稻穗为目的地的“库”中，而不是用于形成过多的分蘖。目前已克隆的IPAl理想株型基因就调节植株具有稍高于一般品种的株高、较少的分蘖和大穗，具有明显的增产效应；同时，还有Ghd7、Ghd8/DTH8等同时控制水稻株高、抽穗期和穗粒数的基因也被克隆。
技术实现思路
本专利技术要解决的 技术问题是提供一种能影响水稻植株形态建成的蛋白质及其基因，以及由此获得的转基因植物细胞，和利用该基因对水稻株型进行改造的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种水稻植株形态建成调控基因PTHl编码的蛋白质，该蛋白质具有SEQ ID NO:2所不的氣基酸序列。作为本专利技术的水稻植株形态建成调控基因PTHl编码的蛋白质的改进:上述氨基酸序列还包括在SEQ ID No:2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个氨基酸生成的衍生物。本专利技术还提供一种编码上述蛋白质的基因，该基因具有SEQ ID No:1所示的核苷酸序列。作为本专利技术基因的改进:上述核苷酸序列还包括在SEQ ID No:1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸生成的突变体、等位基因或衍生物。本专利技术还同时提供了含有上述基因的质粒以及含有上述基因的植物表达载体。本专利技术还同时提供了一种宿主细胞，该宿主细胞含有上述基因序列。该宿主细胞为大肠杆菌细胞、农杆菌细胞或植物细胞。本专利技术还同时提供了改良水稻植株形态的方法:包括用具有SEQ ID No:1所示的核苷酸序列的基因转化水稻细胞，再将转化后的水稻细胞培育成植株。进一步具体说明:本专利技术的目的是提供一种从水稻突变体Pthl中克隆的新基因PTHl，如图7和SEQ ID No:1所示的DNA序列，也包括与SEQ ID No:1所示的DNA序列至少有70%同源性的基因序列。本专利技术中的SEQ ID No:2和图8所示的蛋白质属于一类表达蛋白，其中进行一个或几个氨基酸的替换、插入或缺失所获得的功能类似物。另外，也包括在SEQ ID No:1中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因或衍生物，具有相同功能的序列也能达到本专利技术的目的。本专利技术的另一个目的是提供一种用PTHl基因进行高效的植物转化的方法，具体地说，本专利技术提供了具有SEQ ID No:1和图7所示的序列的基因或基因部分片段的载体，其中，如图4所示的pCAMBIA1300-PTHl，该载体可以表达有上述核苷酸序列编码的多肽或其同源类似物。本专利技术还提供了一种利用植物表达载体转化植物细胞影响水稻植株形态的方法。具体地是利用植物表达载体转化植物细胞以影响农作物株高、分蘖、抽穗期及穗部形态的方法。实现本专利技术的具体技术步骤如下:一、突变体pthl的分离和遗传分析:本专利技术的同时影响水稻株高、分蘖、抽穗期及穗部形态的突变体pthl来自粳稻品种日本晴(Nipponbare)组培诱变。通过与野生型的正反交实验,证明该突变体受隐性单基因控制，如图1所示。二、图位克隆 PTHl:DPTHl的初步定位:为了分离PTHl基因，本专利技术首先组建了一个定位群体，由pthl与籼稻品种台中本地I号杂交配组获得F2定位群体，再通过图位克隆的方法，利用STS、SSR等分子标记对PTHl位点进行初步定位，将其初步定位在第I染色体上，并介于WY7和WE20两STS标记之间，见图2。2) PTHl的精细定位: 通过对WY7和WE20两个标记之间的BAC序列分析，发展新的SSR、STS标记将PTHl精确定位于BAC 0SJNBa0052012上、WY4和WY5标记之间24.5kb范围之内(图3)，通过分析此区段开放阅读框(ORF)推测候选基因。3) PTHl基因的鉴定和功能分析:通过转基因技术，结果表明本专利技术获得了使突变体恢复正常表型的转基因水稻(图5、6)，证明了本专利技术正确克隆了 PTHl基因(图7)，氨基酸序列分析表明PTHl编码一个功能未知的表达蛋白(图8)。水稻植株形态是当前超高产水稻育种关注的重点，通过朔造水稻理想株型来提高生物合成量而实现水稻产量的提高，水稻理想株型的构成因子包括:株高稍高于一般品种、较少的分蘖、较粗的茎杆即较强的抗倒伏能力和较多的第一和第二次枝梗等。而PTHl基因能同时影响水稻株高、分蘖、抽穗期及穗发育，该基因的克隆和应用，对水稻株型的改良具有重要意义。综上所述，本专利技术利用水稻植株形态突变体，通过图位克隆技术首次在水稻中克隆到了 PTHl基因，通过对PTHl基因的功能解读，进一步阐明了植物特别是禾本科植物形态建成的遗传机制及其作用机理，为水稻株型育种，创建水稻新种质打下基础。本专利技术的基因影响水稻株高、分蘖、抽穗期及穗发育，进而影响水稻植株整个形态特征。【附图说明】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细说明。图1是突变体pthl与野生型材料的表型图；图2是PTHl基因在水稻第I染色体上的初步定位图；图3是PTHl基因的精细定位图；图4 是 pCAMBIA1300-PTHl 载体图谱；图5是功能互补实验T1转基因水稻植株的表型图；图6是pthl与转基因互补T1代水稻植株的穗部表型对比图；图7是PTHl基因的DNA核苷酸序列；图8是PTHl基因编码的氨基酸序列。【具体实施方式】 实施例1:1、水稻材料:水稻(Oryzasativa L.)突变体 pthl (Panicle size, Plant height, Tillernumber, Days to heading)的原始野生型为粳稻品种日本晴(Nipponbare)。水稻(Oryza sativa L.)突变体pthl的获得过程具体如下:我们利用日本晴幼胚诱导的愈伤组织，经过诱导培养基培养3周后，挑选生长旺盛的愈伤用作转化的受体。用含有双元质粒载体的EHA105菌株侵染日本晴愈伤，在黑暗、25°C条件下共培养3天后,在含有40mg/LHygromycin的筛选培养基上培养。筛选抗性愈伤在含有50mg/L预分化培养基上培养10天左右。将预分化的愈伤转至分化培养基上，在光照条件下培养。一个月左右得到抗性转基因植株。在大田转基因圃中，我们发现一例株本文档来自技高网...

【技术保护点】
水稻植株形态建成调控基因PTH1编码的蛋白质，其特征在于：该蛋白质具有SEQ?ID?No：2所示的氨基酸序列。

【技术特征摘要】
1.水稻植株形态建成调控基因PTHl编码的蛋白质，其特征在于:该蛋白质具有SEQIDNo: 2所示的氨基酸序列。2.根据权利要求1所述的水稻植株形态建成调控基因PTHl编码的蛋白质，其特征在于:所述氨基酸序列还包括在SEQ ID No:2所示的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个氨基酸或其他物种的同源序列而生成的氨基酸序列或衍生物。3.编码如权利要求1或2所述蛋白质的基因，其特征在于:该基因具有SEQID No:l所示的核苷酸序列。4.根据权利要求3所述的基因，其特征在于:所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭龙彪，钱前，胡时开，吴立文，刘坚，高振宇，胡江，董国军，曾大力，
申请(专利权)人：中国水稻研究所，
类型：发明
国别省市：