[發明專利]OsSG2在調控植物種子粒型中的應用

有效

• 申請號: 202110491552.7
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113372420B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 張紅宇;吳挺開;吳先軍;徐培洲;廖泳祥;陳曉瓊;劉禹彤;孫朝偉;王延新;辛成
• 申請（專利權）人: 四川農業大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/82;A01H5/10;A01H6/46;A01H6/82;A01H6/20
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

本發明涉及水稻基因工程領域，具體涉及OsSG2在調控植物種子粒型中的應用。本發明首次發現野生日本晴水稻OsSG2基因具有調控水稻粒型的用途，為一個控制水稻粒型新基因；并且進一步研究發現OsSG2在多個植物品種中具有極高的同源保守性，因此OsSG2可用于調控水稻、小麥、高梁、大麥等多種植物種子粒型，用于植物高產品種的培育。

技術領域

本發明涉及水稻基因工程領域，具體涉及OsSG2在調控植物種子粒型中的應用。

背景技術

水稻(Oryza sativa L.)是我國最重要的糧食作物，水稻的栽培總面積約占主要糧食作物種植面積的三分之一，產量接近糧食總產量的三分之一(郭兆武，2008)。但隨著社會的發展，人口增長的加劇和耕地面積的減少對水稻的生產造成了極大的壓力。如何提高水稻產量一直是育種家和科學家們的關注重點。水稻產量是極為復雜的數量性狀，影響因素眾多，其構成因素主要包括千粒重、有效穗和穗粒數。粒型是決定千粒重的重要農藝性狀，包括粒長、粒寬和粒厚三個指標(孫忠明，2012)。種子大小是由粒長、粒寬、粒厚和谷粒充實度共同決定的，是千粒重最主要的決定因素。種子大小也是構成水稻理想株型的主要農藝性狀之一，長期以來一直是很多作物育種改良的重要目標，對產量和外觀品質有很大的影響。近年來，伴隨著分子生物學的快速發展，越來越多的農業科學家開始使用分子生物學的方法研究農作物的育種問題，利用基因編輯的方法，將原本5至10年的育種周期縮短到2至3年，大大加快了研究進度(Wen Z J,2013)，但是，在很長一段時間內，培育高產品種仍是水稻育種的主要研究方向。對于我國而言，近幾年，全國大米進口量已超過300萬噸，稻米的國際貿易持續保持入口狀態。因此，如何提高水稻的產量和促進水稻生產，是目前亟待解決的科學問題(周宏，2003)。水稻作為單子葉植物中的模式植物，水稻基因組的研究也可以為其他植物的研究提供參考和借鑒。粒型是決定水稻產量和品質的一個關鍵性因素，尋找到新的粒型基因并引入實際應用對水稻遺傳育種具有重要的意義。近年來，隨著分子生物學的快速發展，越來越多的粒型QTL和粒型基因被發現和克隆，但仍有許多粒型相關基因有待發掘及驗證。

水稻的粒型基因主要影響三個方面的性狀：粒長、粒寬和粒厚，這三個性狀與千粒重呈正相關，并且受多個基因調控(Yong Z X,2010)。目前已經發現的粒型QTL已經超過400個，在水稻的12條染色體中都有分布(表1)，主要集中在1、2、3、5號染色體上，9、10和12號染色體上相對較少。在這些粒型基因中，調控粒長的有D11、PGL1、PGL2、SRS3等基因；調控粒寬的有GW2、GS2、GS5、GW5等基因；調節粒厚的有BG2、OsBZR1、WTG1、GL6等基因。粒長、粒寬和千粒重相關基因的研究較多，而粒厚相關基因的研究較少(楊樹明，2012)

表1.已克隆的控制水稻粒型的基因

目前已知的粒型調控基因主要通過以下幾種途徑調控籽粒大小：絲裂原活化蛋白激酶途徑(MAPK)、G蛋白信號途徑、E3泛素蛋白酶體途徑、轉錄調節因子途徑和植物激素途徑等(Na L,2019)。通過對比研究表明，通過MAPK途徑、G蛋白偶聯受體途徑和E3泛素蛋白酶體途徑的基因是影響細胞增殖進而調控粒型的；而通過植物激素途徑的基因是通過同時影響細胞的增殖和擴張來調控粒型的。有越來越多的研究證實，不同的粒型調控基因之間存在著互相調控的關系(Huang R Y,2013)。例如，G蛋白α亞基D1，其突變體對BR不敏感，表明D1參與G蛋白信號與BR信號轉導途徑共同調控水稻粒型(Wang L,2006)。受甲基化調控的RAV6，其突變體表現BR相關突變體的表型，表明表觀修飾與BR途徑存在聯系(Zhang X,2015)。

對于水稻種子粒型的調控基因有待進一步挖掘，為高產水稻品種的培育奠定基礎。

發明內容

本發明主要目的在于提供OsSG2在調控植物種子粒型中的應用。本發明首次發現OsSG2可調控種子粒型，為高產植物品種的培育又提供了一種新的途徑。