[發明專利]水稻莖稈機械強度和粒重控制基因BC14及其應用

無效

• 申請號: 201010240106.0
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN102344927A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 周奕華;錢前;張保才
• 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: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳小明

技術領域

本發明涉及植物基因工程領域，更具體地，本發明涉及水稻莖稈機械強度和粒重控制基因BC14，該基因編碼的蛋白質及其功能類似物，編碼其的核苷酸序列，含有該核苷酸的載體和含有該載體的宿主細胞；另外，本發明還涉及控制植物莖稈機械強度和籽粒重量的方法。

背景技術

植株莖稈的機械強度是植物、尤其是農作物重要的農藝性狀。而莖稈的機械強度又與莖稈組織中相關細胞的細胞壁厚度直接有關，是組成植物細胞壁各種多聚物物理特性的綜合體現。植物細胞壁是一種復雜的纖維網絡結構，由不同的結構多糖、芳香族物質和蛋白質高度有序地組成[1](參考文獻編號，以下同)，其結構對保持細胞形態，維持植株直立生長的機械支撐力具有重要作用。植物細胞壁的生物合成是一個非常復雜的代謝過程，涉及纖維素、木質素和一些非纖維素成分的合成途徑。因此，細胞壁中纖維素、木質素等主要成分的合成與分布以及沉積是影響植株莖稈支撐力的主要影響因素。對不同細胞壁突變體的研究是揭示與莖稈機械強度有關的細胞壁生物合成生理生化以及分子生物學機理的有效途徑。

植物莖稈機械強度首先與纖維素的合成與沉積密切相關。1996年Pear等人對EST隨機測序，首先從棉花中克隆了植物纖維素合酶催化亞基CesA^[2]。而纖維素合酶在植物體中行使功能最直接的證據則來自于對擬南芥突變體rsw的研究^[3]，該突變體側根發育異常，且纖維素含量大幅降低，從中以圖位克隆的方法分離到擬南芥中第一個纖維素合酶催化亞基基因AtCesA1。生物信息學分析表明，CesA基因是一個龐大的基因家族，它的各成員之間具有極高的保守性^[4]。近年來的研究發現，任何一個目前已克隆的CesA基因發生突變后，都會引起比較嚴重的表型，這暗示著植物基因組中存在著諸多CesA基因在功能上并不冗余，它們可能分別在不同的發育時期和部位起作用，也可能共同參與了同一個復合體的形成，協同作用完成纖維素的合成、晶體化和沉積^[5]，但分子機理還很不清楚。關于纖維素的沉積，盡管目前已發現一些蛋白在纖維素的沉積中起著至關重要的作用，例如擬南芥脆性纖維基因FRA1(Fragile?feber?1)編碼的一個kenesin-like蛋白^[6]；FRA2編碼的Katanin-like蛋白^[7]以及COBRA蛋白^[8]。但作為細胞壁最主要的組份，纖維素是高度有序并與細胞壁的其他組份有機連接在一起的，目前人們所了解的只是“冰山的一角”。此外，還有大量的糖基轉移酶(GT)參與了非纖維素多糖和蛋白多糖的合成與修飾。以擬南芥為例，預測具有415個GT^[9]，但只有極少數被證明具有生化活性和功能^[10-12]。

植物莖稈機械強度也與細胞次生壁的木質化有關。在擬南芥的研究中，發現一些木質化異常的突變體。如Jones在2001年^[13]對一不正常木質部突變體irx4研究證實，木質素代謝途徑中的一個關鍵酶即肉桂酰輔酶A還原酶(Cinnamoyl-CoAreductase，CCR)。由于CCR基因的突變，導致木質素合成途徑提前終止，細胞壁中木質素含量較正常植株減少了50％，從而導致莖稈支撐力度的下降。