[發明專利]水稻株高的表觀調控位點及其應用

在審

• 申請號: 201410038277.3
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN104805083A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 曹曉風;魏麗亞;顧連峰;宋顯偉;崔勰奎
• 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: C12N15/113
• 分類號: C12N15/113;C12Q1/68;C12N15/11
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技術領域：

本發明屬于植物分子生物學領域，具體涉及水稻株高的表觀調控位點，所述表觀調控位點通過改變旁鄰基因的表達，進而控制水稻的株高。

背景技術

赤霉素(gibberellins，GAs)是一種重要的雙萜類植物激素，調節植物整個生命周期不同階段的生長發育，如種子萌發、莖稈伸長、葉片伸展、花的發生以及果實發育等(Yamaguchi，2008)。至今，已從不同植物中先后鑒定出130多種結構不同的GA，但其中只有少數GA具有生理活性，如GA1、GA3、GA4和GA7等(Yamaguchi，2008)。眾所周知，20世紀60年代“綠色革命”即半矮化育種的推廣使得世界糧食產量大幅提高，而發揮重要作用的小麥Rht1(reduced?height1)基因和水稻sd1(semi-dwarf1)基因都與赤霉素有關(Peng?et?al.，1999；Sasaki?et?al.，2002；Spielmeyer?et?al.，2002)。

在水稻基因組中存在兩個雙萜類化合物合成的基因簇，分別位于2，4號染色體上。其中包含了不同類型的CPS和KS合成酶(如OsCPS2、OsCPS4和OsKSL4-7)，它們可以將GA前體GGPP進一步催化成其它分支上的不同植保素(Swaminathan?et?al.，2009)。這些研究結果都表明在對以GGPP為前體的任何萜類合成途徑分支的操縱都會影響其他的分支上化合物的合成。GA2ox催化2β-羥基化使活性GA1和GA4鈍化的GA8和GA34(圖1)，可以有效地調控對擬南芥植株體內活性GA濃度，將其過表達后植株便顯出GA缺失的矮化表型(Schomburg?et?al.，2003)。另有研究發現，在水稻中存在一條新的GA鈍化機制，即EUI(Elongated?UppermostInternode)基因編碼一個細胞色素P450單氧化酶(CYP714D1)，可以使活性GA4的16，17-雙鍵發生環氧化形成16α，17-二羥醇進而被鈍化(Nelson2004)。水稻eui缺失突變體變現為高稈，特別是倒一節莖稈內積累較多的GA；而過表達EUI水稻株高變矮，體內檢測到16α，17-二羥醇的存在，表明EUI使活性GA鈍化。另外，在許多植物中都存在16a，17-二羥醇，這說明EUI催化的16，17-環氧化可能是一種普遍的GA去活化機制(Luo?et?al.，2006；Zhu?et?al.，2006)。總之，植物GA合成和代謝途徑對活性GA的響應，一方面通過改變GA合成反應(上下調合成關鍵酶基因)，另一方面通過改變GA鈍化反應(上下調鈍化相關酶基因)，來實現植物體內活性GA水平的穩態平衡。

MITEs(mimnature?inverted-repeats?transposable?elements)是植物中重要的一類轉座子在許多真核生物和原核生物基因組中都存在(Feng?et?al.，2002；Feschotte?et?al.，2002)。MITEs片段較小(通常80-500bp)，而且在基因組中有很多的拷貝，大多數都存在于靠近基因附近的非編碼區(內含子，5′-UTRs，3′-UTRs)，可能調控附近基因的表達(Oki?et?al.，2008；Piriyapongsa?and?Jordan，2008)。與擬南芥不同，在水稻中MITEs是拷貝數最高的轉座子(Jiang?et?al.，2004)。MITEs轉錄后形成具有莖環結構的RNA，可以產生siRNA和miRNA兩類小分子RNA，它是siRNA向miRNA進化轉變過程的中間體(Piriyapongsa?and?Jordan，2008)。水稻中由MITE產生的siRNA441，siRNA446在水稻響應ABA信號途徑以及干旱、鹽、冷等非生物脅迫時可能作為正調控因子。它們主要通過降解靶基因F-box基因mRNA來發揮作用(Yan?et?al.，2011)。與擬南芥相比，水稻基因組中含有更加豐富的轉座子或重復序列，并且這些序列存在多數水稻基因附近。來源于TEs的大量24-nt?siRNA可能通過對旁鄰基因進行DNA或組蛋白甲基化表觀修飾來調控其表達，最終精細地調節水稻的整個發育階段。

水稻是我國最重要的糧食作物之一，關系到我國糧食安全以及人民生活的基本保障。水稻株型育種一直是現代育種學家關注的焦點問題之一。隨著分子生物學、功能基因組學以及高通量測序等手段的廣泛應用，TEs產生24-nt?siRNA調控赤霉素代謝相關基因，進而影響水稻株高的分子機理研究不斷深入，可以為分子改良作物的重要農藝性狀提供了重要線索和依據。