[發明專利]基因miR408和UCL在培育高產水稻中的應用

有效

• 申請號: 201510588379.7
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105112422B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 張金平;李權峰;張玉嬋;于洋;馮彥釗;陳月琴
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C12N15/113
• 分類號: C12N15/113;C12N15/82;A01H5/10;A01H6/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

本發明公開了基因miR408和UCL（uclacyanin）在培育高產水稻中的應用。本發明通過分析水稻谷粒和胚胎中特異性表達的miRNA，發現miR408基因在水稻谷粒發育中具有重要的調控作用，而且這一功能是通過下調其靶基因UCL實現的。本發明還分別構建了過表達miR408、UCL?RNA干涉和UCL?CRISPR敲除的水稻突變株，研究顯示，三種突變株均顯示出生長迅速的現象，并且在成熟期時稻穗明顯比野生型下垂，而且結實率增加，穗型更大，每穗粒數顯著高于野生型，千粒重和產量也有顯著提高。本發明為培育高產水稻提供了一種全新的并且簡單有效的方法，可投入大規模推廣使用，且不會對環境造成污染，食用安全。

技術領域

本發明屬于植物育種技術領域。更具體地，涉及基因miR408和UCL在培育高產水稻中的應用。

背景技術

糧食問題是當今世界所面臨的幾個難題之一。尋找影響水稻產量相關特性的基因一直以來都是提高糧食產量的研究重點。目前已經發現了不少影響水稻產量的基因，對提高水稻產量提供了理論基礎。

miRNA（microRNA）是一組非編碼單鏈RNA，廣泛存在于動物和植物等多細胞生物中，它可以通過與靶基因mRNA的特定位點結合，誘導該mRNA的降解或抑制該蛋白質的合成，在轉錄水平或轉錄后水平導致基因沉默，從而參與基因的表達調控。miRNAs參與了幾乎所有的生命活動，并起著重要作用。在植物中，DCL1 酶在細胞核內識別miRNA 前體（pre-miRNA）的莖環結構，將其切割成 miRNA：miRNA* 雙體，然后由 HST 蛋白將其轉運到細胞質中進行進一步的加工。在不同的植物組織、器官和發育時期，miRNA的表達譜是不同的，并且部分miRNA在不同的外界環境下也有著不同的表達水平。因此，研究miRNA表達譜對miRNA生物功能的研究是非常重要的。

miRNA的調控廣泛存在于植物發育及生長的各個生理過程，是目前分子生物學研究的熱點。miRNA主要參與植物組織器官發育、生物脅迫與非生物脅迫、信號轉導調控等。如miR172調控植物花發育和開花時間，miR172在花期花瓣中的過表達，引起靶基因AP2轉錄因子的表達下降，導致植物花期提前及花器官形態不規則；miR159在植物ABA誘導或干旱條件下表達發生變化。過表達miR159，可抑制MYB33、MYB101轉錄因子，使植物對ABA信號不敏感。而MYB轉錄水平的提高，可增強對ABA的敏感性，也可與RD22啟動子的順式元件結合后激活下游滲透調節基因表達，起到正調節干旱脅迫。生長素參與植物組織發育、形態發育、維管運輸等。miR393的靶蛋白為F-box類的生長素因子（TIR1, AFB2, AFB3），這些蛋白是生長素信號的轉導的重要節點，miR393的表達量提高會減少TIR1的表達，而TIR1作為轉錄抑制應答因子，可控制Aux/AAI的蛋白泛素化。

有趣的是，還有一些植物miRNA通過下調其靶基因而參與調控水稻產量。近期有報道，水稻miR397通過切割其靶基因LAC，而影響了油菜素內酯的信號轉導通路，過表達miR397可增加水稻穗分支，增大谷粒，顯著提高水稻產量；miR167可以通過調控其靶基因ARF8，來調節生長素信號通路，并最終影響植物產量；miR159切割一類受赤霉素調控的MYB家族基因，組成型表達miR159會引起短日照情況下開花的推遲和花粉的不正常發育；水稻中miR156通過對下調其靶基因OsSPL14，顯著降低水稻分蘗，穗分支及種子數量，直接負調控水稻產量。

但是，為了解決不斷增長的人口與逐漸減少的耕地面積的矛盾，發現更多調節水稻產量的基因仍是急需解決的大問題。因此，不斷尋找新的提高水稻產量相關基因，已成為農業進一步增產的重要基礎研究，倍受世界各國政府和科學家的關注，也是當前生命科學研究的熱點。

發明內容