[發(fā)明專利]一種水稻雙花小穗基因DF1及其編碼的蛋白質(zhì)與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710968801.0
• 申請(qǐng)日: 2017-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN107603963A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任德勇;錢前;余海平;徐乾坤;周亭亭;崔元江;郭龍彪;曾大力;張光恒;胡江;朱麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國水稻研究所
• 主分類號(hào): C12N9/20
• 分類號(hào): C12N9/20;C12N15/55;C12N15/82;C12N5/10;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 北京方韜法業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙)11303
• 代理人: 馬麗蓮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于植物基因工程領(lǐng)域，具體涉及一種水稻雙花小穗基因DF1(DOUBLE FLORET 1)及其編碼的蛋白質(zhì)與應(yīng)用。

背景技術(shù)

水稻(Oryza sativa L.)是世界上重要的糧食作物，也是單子葉植物的模式植物。與雙子葉模式植物相比，水稻花序具有禾本科獨(dú)有的結(jié)構(gòu)單元--小穗，深入研究水稻生殖發(fā)育過程，不僅有助于理解水稻小穗的形成機(jī)制及禾本科植物的分子進(jìn)化，而且對(duì)提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)都具有非常重要的意義。

在禾本科植物中，小穗由許多苞片狀器官和不定數(shù)量的小花組成。小穗或者小花是禾本科植物如水稻、玉米、小麥等的一個(gè)重要產(chǎn)量構(gòu)成因素，小穗發(fā)育調(diào)控機(jī)制的研究有助于我們實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻等禾本科重要糧食作物小穗相關(guān)性狀的分子設(shè)計(jì)育種。小穗的發(fā)育包括兩個(gè)方面：小穗的特征發(fā)育和確定性發(fā)育。根據(jù)物種是否具有固定的小花數(shù)目，小穗可以分為確定性和不確定性兩種。水稻小穗是確定性的小穗，由一對(duì)副護(hù)穎、一對(duì)護(hù)穎和一個(gè)可育的頂生小花組成。迄今為止，多個(gè)水稻小穗確定性基因已經(jīng)被報(bào)道。SUPERNUMERARYBRACT(SNB)基因的功能缺失突變體中，小穗產(chǎn)生多個(gè)額外的副護(hù)穎、護(hù)穎或穎殼狀器官，部分小穗中會(huì)形成額外的小花，暗示SNB調(diào)控小穗的確定性發(fā)育。水稻MULTI-FLORETSPIKELET1(MFS1)基因突變產(chǎn)生了退化的護(hù)穎，額外的外稃和內(nèi)稃，表明MFS1同時(shí)參與了水稻小穗特征和確定性的調(diào)控(Ren et al.,2013)。SNB和MFS1基因都屬于AP2/ERF結(jié)構(gòu)域基因，系統(tǒng)進(jìn)化和功能分析表明該類禾本科基因構(gòu)成一個(gè)特異的大分支，可能在小穗確定性調(diào)控中有著相似的功能。另外，還有很多其他的非AP2/ERF結(jié)構(gòu)域基因也影響水稻小穗特征和確定性的調(diào)控。TONGARI-BOUSHI 1(TOB1)編碼一個(gè)YABBY結(jié)構(gòu)域蛋白，其突變導(dǎo)致了tob1小穗在護(hù)穎和頂生小花之間形成了額外的外稃或者內(nèi)稃狀器官。水稻MADS-box基因OsMADS22的超表達(dá)植株中也發(fā)現(xiàn)一個(gè)小穗內(nèi)存在多個(gè)小花的現(xiàn)象。盡管如此，OsMADS22與TOB1基因的功能缺失引起多花小穗的現(xiàn)象正好相反,暗示水稻OsMADS22可能維持了小穗分生組織不確定性。因此，根據(jù)以上的結(jié)果，在小穗確定性物種中，維持確定性發(fā)育基因的功能缺失導(dǎo)致小穗內(nèi)小花數(shù)目的增加，提供了一種新的可能增加穗粒數(shù)的育種途徑。遺憾的是，水稻mfs1、snb和tob1突變體小穗除了多花性狀外還同時(shí)表現(xiàn)許多別的花器官缺陷，無法直接在生產(chǎn)中利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能影響水稻小穗確定性的基因及其蛋白質(zhì)，通過分子標(biāo)記輔助選擇或轉(zhuǎn)基因等手段設(shè)計(jì)小穗內(nèi)的小花數(shù)目來提高水稻糧食產(chǎn)量，進(jìn)而提供新的育種思路和方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種水稻雙花小穗基因DF1編碼的蛋白質(zhì)，所述蛋白質(zhì)具有(A)或(B)所示的序列：

(A)Seq ID NO：3所示的氨基酸序列，該氨基酸序列對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)屬于脂肪酶。

(B)在(A)所限定的氨基酸序列中添加和/或取代和/或缺失一個(gè)或多個(gè)氨基酸且具有調(diào)控水稻雙花小穗功能的由(A)衍生的蛋白質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)相同目的能夠容易地獲得對(duì)應(yīng)序列，以實(shí)現(xiàn)相同功能。

本發(fā)明還提供了一種編碼上述蛋白質(zhì)的基因，所述基因具有(a)、(b)、(c)或(d)所示的序列：

(a)Seq ID No：1所示的基因組核苷酸序列；其為從水稻小穗多花突變體中克隆的基因DF1，如圖9所示。

(b)Seq ID No：2所示的cDNA核苷酸序列；其為Seq ID No：1的編碼序列，如圖10所示。

(c)在(a)或(b)所示的核苷酸序列中添加和/或取代和/或缺失一個(gè)或幾個(gè)核苷酸而生成的具有調(diào)控水稻雙花小穗功能的蛋白質(zhì)的突變基因、等位基因或衍生物。其包含與(a)或(b)所述的核苷酸序列相比具有70％以上同源性，且具有同等功能的核苷酸序列。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)相同目的能夠容易地獲得對(duì)應(yīng)序列，以實(shí)現(xiàn)相同功能。

(d)與(a)或(b)所示的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)相同目的能夠容易地鑒定并利用與(a)或(b)所示的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列，因此，具有調(diào)控水稻雙花小穗功能并在嚴(yán)格條件下與本發(fā)明(a)或(b)所示的核苷酸序列互補(bǔ)序列或其片段雜交的分離序列包括在本發(fā)明中。