與水稻粒型和葉夾角相關的蛋白及其編碼基因的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于基因工程領域，涉及與水稻粒型和葉夾角相關的蛋白及其編碼基因的 應用。
【背景技術】
[0002] 水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球一半以上人口以水稻為主食和熱量來 源。隨著世界人口的不斷增長和耕地面積的持續減少，糧食危機日益嚴重，提高糧食產量已 成為水稻育種研究中的一大挑戰。水稻產量是一個復雜的性狀，主要由單株穗數、穗粒數和 粒重等因素決定。水稻粒型主要包括粒長、粒寬和粒厚三個組分，是影響粒重的關鍵因素之 一，在灌漿程度理想的狀態下，粒型直接決定著水稻的粒重，一般來說，籽粒長度越長，寬度 越寬，厚度越厚，籽粒就越重。另外，粒型還影響著水稻籽粒的外觀品質、加工品質和蒸煮食 味品質，人們對水稻籽粒形狀的要求在世界各地差異很大。在法國、美國及歐洲，人們偏愛 細長稻米；印度和亞洲的人們青睞長粒稻米；東南亞地區的人們則喜愛中等長度的稻米； 而溫帶地區的人們更喜歡短粒而圓形稻米。水稻粒型是一個復合的外觀品質性狀，包括粒 長、粒寬以及粒厚，它們分別受到不同主效及一些微效核基因的控制。而且，粒型雖然作為 數量性狀易受到環境條件的影響，但是具有較大的遺傳力。這兩個因素為水稻研究者成功 分離和克隆不同的粒型基因提供了重要的理論基礎。目前，水稻粒型的遺傳研究取得了較 大的進展，從細胞遺傳學水平發展到了分子遺傳學水平，研究者們通過構建QTL定位分離 群體，進行物理和化學方法誘變獲得突變體，以及運用T -DNA插入技術獲得水稻突變體；并 進行基因克隆，報道了許多影響水稻粒型的QTL和基因，并且證明了調控水稻粒型的一些 主要因素或途徑，其中主要包括了植物發育和代謝途徑、植物激素途徑及表觀遺傳學途徑 等。
[0003] 同時，水稻株型的改良對產量的提高也起著至關重要的作用，并一直被水稻育種 家和遺傳學家所關注。在影響株型的許多因素中，水稻的葉夾角起著非常重要的作用，研究 表明直立葉可以增加光合作用效率和籽粒灌漿過程中氮的儲備，有利于植株的密植，從而 提高產量；并且已有報道表明水稻直立葉株型能夠增加水稻的生物量和籽粒產量。葉枕連 接了葉片和葉鞘，葉枕對葉片從主軸的水平彎曲起到了非常顯著的影響，并且任何能使葉 枕異常生長發育的因素都會導致葉夾角的改變。研究發現大多數已經被鑒定的水稻葉夾角 改變的突變體，其葉夾角的增大或減小都是由于葉枕近軸端細胞異常分化和伸展引起的， 證明了葉枕的生長發育在葉夾角形成過程中的重要性。大多數被鑒定的水稻葉夾角相關突 變體與植物激素的合成和信號密切相關，特別是BR的合成和信號。另外，還存在一些調控 葉夾角的非激素相關途徑的基因。
[0004] 因此，發掘和克隆新的調控水稻粒型和葉夾角的基因，研究這些基因的功能，對進 一步提高水稻產量具有重要的理論指導意義。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供與水稻粒型和葉夾角相關的蛋白及其編碼基因的應用。
[0006] 粒型和葉夾角相關的蛋白SLG在改造水稻粒型和株型的育種中的應用，其中，所 述的蛋白SLG來自水稻品種日本晴，是如下（a)或（b)的蛋白質：
[0007] (a)由SEQ ID NO. 1所示的氨基酸序列組成的蛋白質；
[0008] (b)將SEQ ID NO. 1的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失 和/或添加且與谷蛋白分選相關的由序列2衍生的蛋白質。
[0009] SEQ ID NO. 1所示的序列由445個氨基酸殘基組成，自氨基末端第13至439位為 酰基轉移酶結構域。
[0010] 上述（b)中的蛋白質可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進行生物表達得到。 上述（b)中的SLG的編碼基因可通過將SEQ ID NO. 2所示的DNA序列中缺失一個或幾個氨 基酸殘基的密碼子，和/或進行一個或幾個堿基對的錯義突變，和/或在其5'端和/或3' 端連上表1所示的標簽的編碼序列得到。
[0011] 基因 SLG在改造水稻粒型和株型的育種中的應用，其中，基因 SLG為上述蛋白SLG 的編碼基因，可為如下1)或2)或3)或4)的DNA分子：
[0012] I) SEQ ID NO. 2 所示的 DNA 分子；
[0013] 2) SEQ ID NO. 3 所示的 DNA 分子；
[0014] 3)在嚴格條件下與1)或2)限定的DNA序列雜交且編碼所述蛋白的DNA分子；
[0015] 4)與1)或2)或3)限定的DNA序列具有90%以上同源性，且編碼造粉體發育相 關蛋白的DNA分子。
[0016] SEQ ID NO. 2由1338個核苷酸組成。
[0017] 所述嚴格條件可為在0.1 X SSPE (或0.1 XSSC)，0. 1% SDS的溶液中，在65°C下雜 交并洗膜。
[0018] 含有所述的基因 SLG的重組表達載體在改造水稻粒型和株型的育種中的應用。
[0019] 可用現有的植物表達載體構建含有所述基因的重組表達載體。
[0020] 所述植物表達載體包括雙元農桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等。所述植 物表達載體還可包含外源基因的3'端非翻譯區域，即包含聚腺苷酸信號和任何其它參與 mRNA加工或基因表達的DNA片段。所述聚腺苷酸信號可引導聚腺苷酸加入到mRNA前體的 3'端，如農桿菌冠癭瘤誘導（Ti)質粒基因（如胭脂合成酶Nos基因）、植物基因（如大豆 貯存蛋白基因）3'端轉錄的非翻譯區均具有類似功能。
[0021] 使用所述基因構建重組植物表達載體時，在其轉錄起始核苷酸前可加上任何一種 增強型啟動子或組成型啟動子，如花椰菜花葉病毒（CAMV) 35S啟動子、玉米的泛素啟動子 (Ubiquitin)，它們可單獨使用或與其它的植物啟動子結合使用；此外，使用本發明的基因 構建植物表達載體時，還可使用增強子，包括翻譯增強子或轉錄增強子，這些增強子區域可 以是ATG起始密碼子或鄰接區域起始密碼子等，但必需與編碼序列的閱讀框相同，以保證 整個序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號和起始密碼子的來源是廣泛的，可以是天然的，也 可以是合成的。翻譯起始區域可以來自轉錄起始區域或結構基因。
[0022] 為了便于對轉基因植物細胞或植物進行鑒定及篩選，可對所用植物表達載體進行 加工，如加入可在植物中表達的編碼可產生顏色變化的酶或發光化合物的基因（GUS基因、 螢光素酶基因等）、具有抗性的抗生素標記物（慶大霉素標記物、卡那霉素標記物等）或是 抗化學試劑標記基因（如抗除莠劑基因）等。從轉基因植物的安全性考慮，可不加任何選 擇性標記基因，直接以逆境篩選轉化植株。
[0023] 所述重組表達載體可為在pCUbi 1390載體的多克隆位點KpnI和SpeI之間 插入所述基因（SLG)得到的重組質粒。所述重組質粒具體可為pCUbil390-SLG;所述 pCUbi 1390-SLG是將由SLGcDNA片段通過雙酶切雙連接技術插入到pCUbi 1390多克隆位點 KpnI和SpeI之間得到的。
[0024] 將含有 SLG 的 pCUb i 1390 命名為 pCUb i 1390-SLG。
[0025] 本發明的另一個目的是提供一種培育粒型和葉夾角發生變化的轉基因植物的方 法。
[0026] 本發明提供的培育粒型和葉夾角發生變化的轉基因植物的方法，是將所述基因導 入正常的植物中，得到粒型和葉夾角發生變化的轉基因植物；所述正常植物為粒型和葉夾 角正常的植物；所述粒型和葉夾角發生變化的轉基因植物為籽粒長度增加、寬度減小，葉夾 角增大的轉基因植物。具體來說，所述基因通過所述重組表達載體導入正植物中；所述粒型 和葉夾角發生變化的植物可為SLG。
[0027] 所述蛋白、所述基因、所述重組表達載體、表達盒、轉基因細胞系或重組菌或所述 方法均可應用于水稻育種。
[0028] 利用任何一種可以引導外源基因在植物中表達的載體，將編碼所述蛋白的基因導 入植物細胞，可獲轉基因細胞系及轉基因植株。攜