專利名稱：控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植物生物技術(shù)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用。本發(fā)明還涉及由該基因編碼的多肽和該基因的啟動(dòng)子序列。
背景技術(shù)：
水稻(Oryza sativa L.)是世界上十分重要的糧食作物，也是我國(guó)第一大糧食作物，全球近一半的人口以稻米為主食(Tan et al，2000)，隨著世界總?cè)丝诘牟粩嘣黾?，為解決糧食不足的問題，產(chǎn)量的提高在水稻育種過程中將一直是至關(guān)重要的目標(biāo)。而且，隨著人們生活水平的提高和稻米市場(chǎng)開放，稻米作為商品進(jìn)行交易，人們對(duì)稻谷外觀和蒸煮食味等品質(zhì)的要求也日益提高，尤其是在國(guó)際市場(chǎng)上特別突出，改良稻米品質(zhì)的任務(wù)顯得越來越迫切(Juliano et al，1993 ；毛孝強(qiáng)等，2003)。水稻產(chǎn)量主要由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重三大要素決定，其中千粒重受籽粒大小影響。水稻谷粒形狀是衡量稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，同時(shí)還影響稻米的商品品質(zhì)和加工品質(zhì)(糙米率、精米率、整精米率等)。我國(guó)的國(guó)家優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定優(yōu)質(zhì)秈稻品種的長(zhǎng)寬比不能低于2. 8，谷粒形狀已成為育種家選育優(yōu)質(zhì)米品種的一個(gè)重要指標(biāo)(康海岐等，2001)。目前對(duì)控制粒型的相關(guān)基因研究還比較少，已經(jīng)克隆的與水稻粒型相關(guān)的QTLs 有 3 個(gè):GS3 (Chuchuan Fan 等，2006)、GW2 (Song 等，2007)及 GW5 (Shomura 等，2008)。當(dāng) GW2與GW5功能缺失時(shí)，會(huì)提高粒寬；GS3的功能缺失則會(huì)導(dǎo)致粒型變長(zhǎng)。這3個(gè)基因?qū)Ρ硇投计鸬揭粋€(gè)負(fù)調(diào)控的作用。到目前為止，對(duì)水稻粒型起到正調(diào)控作用的相關(guān)基因還未見報(bào)道。我們利用染色體單片段代換系材料回交得到的分離群體，采用圖位克隆的方法首次克隆了控制水稻籽粒大小、粒寬和產(chǎn)量的基因GW8 (grain width in chromosome 8)，并鑒定了一批攜帶GW8不同單倍型的單片段代換系材料。通過對(duì)這些單片段代換系材料的表型分析及遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，證明了該基因的功能。我們還分離了該基因的啟動(dòng)子區(qū)域，并對(duì) GW8基因的組織特異性表達(dá)進(jìn)行了研究。我們的研究可為今后從分子水平闡明水稻粒型的遺傳基礎(chǔ)，為水稻的高產(chǎn)育種、 及基于稻米品質(zhì)改良的分子設(shè)計(jì)育種提供理論依據(jù)及材料支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用。更具體地，本發(fā)明人利用水稻染色體單片段代換系材料回交得到的分離群體，采用圖位克隆的方法首次克隆了控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8 (grain width in chromosome 8)，并鑒定了一批攜帶GW8不同單倍型的單片段代換系材料。通過對(duì)這些單片段代換系材料的表型分析及遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，證明了該基因的功能。我們還分離了該基因的啟動(dòng)子區(qū)域，并對(duì)GW8基因的組織特異性表達(dá)進(jìn)行了研究。
本發(fā)明的目的在于提供一種從水稻中分離克隆的一個(gè)可同時(shí)控制粒型和產(chǎn)量的重要功能基因及其應(yīng)用。本發(fā)明通過構(gòu)建GW8的近等基因系，利用圖位克隆的方法，將GW8基因精細(xì)定位到水稻第八號(hào)染色體長(zhǎng)臂末端12. 6Kb的物理范圍內(nèi)，該區(qū)段有且僅有一個(gè)預(yù)測(cè)的候選基因， 該基因有3個(gè)外顯子，共編碼455個(gè)氨基酸。在本發(fā)明的第一方面中，通過回交及分子標(biāo)記輔助選擇，構(gòu)建了以華粳秈74為受體親本，來自于8個(gè)供體材料，包括Katy、Basmati385、Basmati370、 江西絲苗、聯(lián)鑒33、Lemont, Amol3、紫恢100的染色體單片段代換系材料，依次命名為W06-40-48-06-02-03-02-03-1、W09-38-60-07-07-03-04-0049-16、 ffll-15-08-09-04, W13-30-45-01-10-02-6、W14-09-06-09-12、W23-06-07-02-09-09、 W02-15-01-08-14-05-01-32、W05-36-75-01-01-06，這些材料攜帶了不同單倍型的 GW8。本發(fā)明的第二方面涉及控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8，其為一種分離的多核苷酸，其包含從如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列(I)SEQ ID NOs :1_6中的任何一個(gè)所示的核苷酸序列；(2)與(1)的核苷酸序列的互補(bǔ)序列在中等嚴(yán)格條件、優(yōu)選高嚴(yán)格雜交條件下雜交的核苷酸序列；(3)與(1)的核苷酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少95%或98%或99%同一性的核苷酸序列；(4)與(1)的核苷酸序列編碼相同氨基酸序列的蛋白質(zhì)、但因遺傳密碼的簡(jiǎn)并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)編碼如下氨基酸序列之一的核苷酸序列SEQ ID NOs :9、10、11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列，或者，由于一或多個(gè)(例如1-25個(gè)、1-20個(gè)，1-15個(gè)，1-10個(gè)，1-5個(gè)，1-3 個(gè))氨基酸殘基的替代、缺失和/或插入而與SEQ ID NO 9和10、11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，與SEQ ID N0:9和10、11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少95%或98%同一性的氨基酸序列；(6) (1)-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列的活性片段；或(7)與(1)-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。其中，GW8 cDNA序列及其變體、相關(guān)啟動(dòng)子的核苷酸序列由SEQ IDNOs :1_8所示， 具體參見下表1。表1 :SEQ ID NOs :1_8的序列名稱及其來源
權(quán)利要求
1.控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8，其為一種分離的多核苷酸，其包含從如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列(1)SEQID NOs 1-6中的任何一個(gè)所示的核苷酸序列；(2)與(1)的核苷酸序列的互補(bǔ)序列在中等嚴(yán)格條件、優(yōu)選高嚴(yán)格雜交條件下雜交的核苷酸序列；(3)與(1)的核苷酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少 95%或98%同一性的核苷酸序列；(4)與(1)的核苷酸序列編碼相同氨基酸序列的蛋白質(zhì)、但因遺傳密碼的簡(jiǎn)并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)編碼如下氨基酸序列之一的核苷酸序列SEQID NOs :9、10和11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列，或者，由于一或多個(gè)(例如1-25個(gè)、1-20個(gè)，1-15個(gè)，1-10個(gè)，1-5個(gè)，1-3 個(gè))氨基酸殘基的替代、缺失和/或插入而與SEQ ID NOs 9-11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，與SEQ ID NOs :9-11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列具有至少 70 %、優(yōu)選至少80 %、更優(yōu)選至少90 %、尤其是至少95 %或98 %同一性的氨基酸序列；(6)(1)-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列的活性片段；或(7)與(1)_(5)任何一個(gè)的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。
2.一種重組構(gòu)建體，其特征在于包含權(quán)利要求1的基因GW8的多核苷酸序列，所述構(gòu)建體所用的載體是克隆載體或者用于表達(dá)所述多核苷酸的表達(dá)載體。
3.—種重組宿主細(xì)胞，其特征在于包含權(quán)利要求1的基因GW8的多核苷酸序列或權(quán)利要求2的重組構(gòu)建體，或它的基因組中整合有權(quán)利要求1的基因GW8的多核苷酸序列，其中所述細(xì)胞選自動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞或者微生物細(xì)胞，例如大腸桿菌細(xì)胞。
4.權(quán)利要求3所述的重組宿主細(xì)胞，其中所述細(xì)胞為植物細(xì)胞。
5.權(quán)利要求4所述的重組宿主細(xì)胞，其中所述細(xì)胞為水稻細(xì)胞。
6.分離的多肽，其由權(quán)利要求1的控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8編碼，其包含從如下組氨基酸序列中選擇的氨基酸序列(1)SEQID NOs :9、10和11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列，(2)由于一或多個(gè)(例如1-25個(gè)、1-20個(gè)，1-15個(gè)，1-10個(gè)，1-5個(gè)，1-3個(gè))氨基酸殘基的替代、缺失和/或插入而與SEQ ID NOs :9-11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，(3)與SEQID NOs :9、10和11中任何一個(gè)所示的氨基酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少 80 %、更優(yōu)選至少90 %、尤其是至少95 %或98 %同一性的氨基酸序列，(4)(1)或(2)或(3)所述氨基酸序列的活性片段，(5)由權(quán)利要求1的多核苷酸分子編碼的氨基酸序列。
7.生產(chǎn)產(chǎn)量提高的作物的方法，該方法包括從權(quán)利要求4的重組宿主細(xì)胞再生轉(zhuǎn)基因植物，或者將含有權(quán)利要求1所述的控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8的植株與另一植株雜交，其中所述植物優(yōu)選是粒寬增加，千粒重增加的植物，其中所述植物優(yōu)選是農(nóng)作物，例如水稻。
8.控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8的啟動(dòng)子序列，其包含從如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列(2)與(1)的核苷酸序列的互補(bǔ)序列在中等嚴(yán)格條件、優(yōu)選高嚴(yán)格雜交條件下雜交的核苷酸序列；(3)與(1)的核苷酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少 95%或98%同一性的核苷酸序列；(4)(1)-(3)任何一個(gè)的核苷酸序列的活性片段；或(5)與(1)_(4)任何一個(gè)的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。
9.包含權(quán)利要求8的啟動(dòng)子序列的構(gòu)建體。
10.包含權(quán)利要求9的構(gòu)建體的細(xì)胞，其中所述細(xì)胞為植物細(xì)胞，優(yōu)選水稻細(xì)胞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8(SEQ IDNO1-6)及其應(yīng)用。GW8可以控制水稻谷粒的形狀和大小。GW8通過影響細(xì)胞橫向和縱向分裂速度來控制谷殼的大小和長(zhǎng)寬比，并調(diào)節(jié)灌漿速率，進(jìn)而影響水稻的產(chǎn)量。GW8可以作為鑒定水稻籽粒長(zhǎng)寬比和籽粒大小品種的分子標(biāo)記。GW8對(duì)基于提高水稻產(chǎn)量及改良稻米品質(zhì)的育種有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12N15/29GK102329806SQ20111029486
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者傅向東, 吳昆 , 張桂權(quán), 曾瑞珍, 王少奎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所