[發明專利]控制水稻株高和穗頸長的基因及應用

無效

• 申請號: 201110290494.8
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN103013991A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 陳浩;江山;林擁軍
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C12N15/11
• 分類號: C12N15/11;C12N15/113;C12N15/63;A01H5/00;A01H1/02
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 張紅兵

技術領域

本發明涉及植物基因工程技術領域。具體涉及利用一個人工microRNA(artificial?microRNA，amiRNA)和人工target?mimic基因所構成的雙因子系統來控制水稻不育系及其雜種的株高和穗頸長。本發明利用amiRNA技術在轉基因水稻不育系中特異性的沉默赤霉素(GA)合成代謝途徑中的Eui1(elongated?uppermost?internode?1)基因的表達。Eui1基因的產物可以失活具有生物活性的赤霉素GA4。抑制Eui1的表達就可以提高水稻內源GA4的含量，從而提高其株高和穗頸長，緩解水稻不育系的包穗特性。Target?mimicry是植物中天然存在的一種抑制特定miRNA作用的機制。利用人工設計的target?mimic基因，轉化水稻恢復系。當含有amiRNA的水稻不育系和含有人工target?mimic的水稻恢復系雜交，在其所配的雜種一代(F₁)中，人工target?mimic可以特異性抑制amiRNA的效果，使得雜交種的株高和抽穗性恢復到接近野生型雜種的水平。?

背景技術

雜交水稻的發明使水稻增產20％左右(袁隆平，1996)，為保障中國乃至世界糧食的安全做出了巨大貢獻。目前，中國的雜交水稻種植面積占總水稻種植面積的50％左右(張紅林等，2009)。雜交水稻的雄性不育系具有“包穗”(即穗子大部分被包裹在葉鞘內)的特性，因而在雜交水稻制種時難以受粉。水稻不育系的包穗特性是生產上制約雜交水稻發展的重要障礙之一(張紅林等，2009)。Yin等(2007)對水稻不育系ZS97A包穗現象機理的研究表明，當水稻細胞質雄性不育發生時，其最上部莖間GA1水平的降低是導致不育系包穗的主要原因。在雜交水稻制種的過程中，育種家需要通過外施“920”(有效成分為GA3)來解除或緩解不育系的包穗現象。然而，920的施用不僅導致一系列的問題如增加了制種成本、降低了種質量并導致環境污染；其效果還要取決于噴施者的技術、施用的時期以及施用時的天氣狀況(張紅林等，2009)。?

Rutger和Carnahan(1981)在粳稻雜交的后代中發現了一株節間伸長，高稈的突變體，命名為76：4512。遺傳分析表明，該節間伸長性狀由隱性單基因控制，并將該隱性突變基因命名為eui(elongated?uppermost?internode)。Eui突變基因可以導致水稻最上部節間的長度增加約一倍，穗長增加12％。Rutger和Carnahan(1981)提出，利用eui隱性突變基因來培育雜交水稻的高稈恢復系。因為高稈的株型對于作為父本的恢復系可以利于其花粉的傳播以及雜交種的商業化制種。恢復系的高稈性狀為隱性基因，因而不影響雜交組合的半矮桿性狀。Eui基因也被稱為雜交水稻生產中除了不育系、保持系和恢復系外的第4遺傳因子(Rutger和Carnahan?1981)。?

Yang等(1999)通過輻射誘變協青早B，獲得兩種不同的高稈隱性突變體協青早eB1和協青早eB2。等位試驗證明，協青早eB1的隱性基因與Rutger發現的eui突變體為等位基因，命名為eui1；而協青早eB2中的隱性基因與eui1不等位，命名為eui2(Yang?et?al.1999)。eui1和eui2的顯性等位基因EUI1和EUI2已經被分離，其基因功能也已經被闡明。EUI1的基因組序列為9804bp，由2個外顯子和1個內含子組成，其全長cDNA為1931bp，包含110bp的5’-UTR，87bp的3’-UTR和1734bp的讀碼框(open?reading?frame，ORF)(Ma?et?al.，2006)。EUI1編碼一個含有577個氨基酸的細胞色素CYP714D1蛋白，可以使GA4失活(Luo?et?al.，2006；Zhu?et?al.，2006)。EUI2的基因組序列為1576bp，包含5個外顯子，4個內含子。其ORF長為933bp，編碼310個氨基酸，同源性分析初步認為該基因產物與環氧化物?酶有關(朱宏波，2003；馬洪麗，2007)。?