[發明專利]一種水稻顯性矮稈相關蛋白及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 200910244329.1
• 申請日: 2009-12-29
• 公開（公告）號: CN101747420A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 程祝寬;李明;苗春波;唐丁;王克劍;顧銘洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院遺傳與發育生物學研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/11;C12N15/63;C12N1/00;C12N5/10;C12N15/82
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技術領域

本發明涉及一種水稻顯性矮稈性狀相關蛋白及其編碼基因與應用。

背景技術

二十世紀六、七十年代，由于半矮稈品種的推廣，世界稻米和小麥產量獲得了 突破性的增長。這次矮化育種被譽為近代谷物生產的一次“綠色革命”。在水稻生 產上，掀起這場“綠色革命”的是水稻半矮稈基因sd1的應用。SD1編碼赤霉素20- 氧化酶，參與赤霉素的合成。目前水稻育種上所利用的矮源基因大部分是sd1的等 位基因。我國所利用的矮源資源主要有6個：矮腳南特、矮仔占、低腳烏尖、矮腳 仔、花龍水田谷和印尼水田谷，這六個品種的矮生特性均由sd1控制。這種矮源基 因的單一性可降低栽培稻的遺傳多樣性，不利于雜交優勢的利用。因此新矮稈基因 資源的發掘越來越引起育種工作者的重視。

上世紀九十年代中期以來，分子遺傳學技術的發展帶動了水稻矮稈性狀的分子 機理研究，很多矮稈品系已克隆出了其矮化基因，如d1，d2，d3，d6，d11，d18， d35，d61，gid1，gid2，brd1，brd2，dbs1，dgl1等。這些矮稈性狀大部分是由于 赤霉素或油菜素內酯的合成或信號傳導途徑發生缺陷所致。由于除矮化性狀外，這 些突變基因的絕大多數都會使水稻植株呈現很多不良性狀，因而缺乏在生產上應用 的潛力和前景。目前除sd1外，已發現的矮稈株系絕大部分由于不良性狀而難以在 生產上應用，國內外水稻育種可供利用的矮稈資源十分貧乏。尋找農藝性狀優良的 矮稈資源已成為水稻育種和遺傳學家的重要任務。

目前水稻中已克隆的矮稈基因多為隱性遺傳。相對隱性矮稈，水稻中顯性矮稈 的研究報道較少，生產上也未見其應用。

水稻SLR1(slender?rice1)突變體是一高稈、纖弱的隱性不育植株，SLR1是GAI (擬南芥)、RGA(擬南芥)、RHT(小麥)和D8(玉米)的同源基因。SLR1、GAI、 RGA、RHT和D8都含有一個DELLA基序，因此被稱為DELLA蛋白。GAI，RHT和D8 是以顯性矮稈的形式發現的，RGA是以gai的抑制基因的形式發現的，它的突變可 以部分抑制gai的表型缺陷。SLR1為GA信號傳導途徑的負調控基因，起抑制GA 信號轉導的作用。SLR1不同形式的突變可以導致完全相反的兩種突變表型。SLR1 的C端結構域起抑制GA信號轉導的作用，此區域突變可導致抑制作用的丟失，形 成組成性GA響應突變株，導致高稈、纖弱的表型。slr1就是SLR1基因的C端突變 形式。N端DELLA、TVHYNP及這兩個基序間的序列起感受GA信號的作用，GA信號 觸發DELLA蛋白通過泛素介導的途徑進行降解，從而使GA信號途徑得以暢通。N 端這個區域的突變可阻止SLR1蛋白的特異降解，從而增強對GA信號的抑制作用， 導致植株出現顯性矮稈表型，這類的植株被命名為slr1-d。

SLR1位于細胞核中，以二聚化的形式發揮功能，因此推測當slr1-d與SLR1 處于雜合狀態時，正常的二聚化SLR1可以感受GA信號從而觸發自身的降解，而突 變型的Slr-d不能正常感受GA信號，出現降解障礙，這樣會導致細胞核中slr-d 的量遠超SLR1，大多數SLR1與slr1-d形成二聚體而不能正常發揮作用，slr-d掩 蓋了SLR1的作用從而使突變性狀表現為顯性。事實上，目前發現的DELLA基因的 矮化突變體，如小麥中的rht、玉米中的d8、擬南芥中的gai，都為顯性矮稈，這 三個突變都是由于DELLA基因N端基序突變所致。C端突變使SLR1喪失或減弱了對 GA信號轉導的抑制作用，但突變基因產物仍可以正常感受GA信號從而觸發自身的 降解，因此slr1突變為隱性突變。

在小麥中，RHT的突變體rht可表現出良好的農藝形狀，在生產上大幅度提高 了小麥產量。在20世紀60年代，rht的應用拉開了小麥生產上的一次“綠色革命”， 因此rht也被稱為小麥中的“綠色革命”基因。

鑒于rht的應用在小麥中獲得的巨大成功，因此自SLR1克隆以來，該基因的 應用潛能就引起研究者的注意，盡管最初發現該基因突變體是一高稈、纖弱的不育 植株。

中國是個農業大國，也是世界上人口最多的國家，擁有自己的、具有自主知識 產權的關鍵基因資源對我國非常重要。