[發(fā)明專利]玉米穗粒重和產(chǎn)量調(diào)控基因KWE2、其編碼蛋白、功能標(biāo)記、表達(dá)載體及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210524175.7
• 申請(qǐng)日: 2022-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN114958867B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯繼華;付志遠(yuǎn);丁冬;李衛(wèi)華;王雅菲;宗軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N15/29
• 分類號(hào): C12N15/29;C07K14/415;C12N15/84;A01H5/10;A01H6/46;C12N1/21;C12Q1/6895;C12Q1/6858;C12N15/11;C12R1/01
• 代理公司: 鄭州盈派知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41196
• 代理人: 樊羿;張曉輝

本發(fā)明公開了一種玉米穗粒重和產(chǎn)量調(diào)控基因KWE2、其編碼蛋白、功能標(biāo)記、表達(dá)載體及應(yīng)用；本發(fā)明克隆了控制玉米穗粒重和產(chǎn)量的KWE2基因，并鑒定到導(dǎo)致KWE2基因差異表達(dá)的功能核苷酸序列，開發(fā)了其功能分子標(biāo)記InDel1，提供了其利用途徑；另一方面，對(duì)KWE2基因進(jìn)行CRISPR/Cas9敲除，并利用敲除突變體（KN5585背景）和Mu插入突變體（W22背景）與常規(guī)自交系雜交，明確了KWE2基因?qū)λ肓Ｖ?、百粒重、產(chǎn)量、株高等性狀表現(xiàn)的影響；并基于玉米KWE2在水稻、擬南芥中的同源基因，創(chuàng)制相應(yīng)的敲除突變，明確其在多個(gè)重要農(nóng)藝性狀上對(duì)產(chǎn)量的提高作用和對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)的增強(qiáng)作用；為利用KWE2基因提高多種農(nóng)作物產(chǎn)量和調(diào)節(jié)雜種優(yōu)勢(shì)提供了技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物基因工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種玉米穗粒重和產(chǎn)量調(diào)控基因 KWE2、其編碼蛋白、功能標(biāo)記、表達(dá)載體及其在植物性狀改良中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

玉米作為全球第一大糧食作物和重要的飼料、工業(yè)原料，在保證世界和我國(guó)的糧食安全中發(fā)揮著舉足輕重的作用（Gore?et?al.,?2009;?Prasanna?2012）。近年來，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，玉米種植面積在不斷減少。同時(shí)，由于畜牧業(yè)及深加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)玉米的消費(fèi)需求急劇增加，進(jìn)口量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。因此，在耕地有限的情況下，大幅提高玉米單產(chǎn)是提高總產(chǎn)，盡快擺脫進(jìn)口玉米的依賴性，解決玉米供需矛盾，確保糧食安全的首要任務(wù)。

畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重是構(gòu)成玉米產(chǎn)量的三要素，而在特定種植密度下，穗粒數(shù)和百粒重決定玉米單產(chǎn)(Lopez-Reynoso?and?Hallauer?1998)。穗粒數(shù)又由穗行數(shù)（KernelRow?Number,?KRN）和行粒數(shù)（Kernel?Number?per?Row,?KNR）構(gòu)成，已克隆并解析其功能的穗行數(shù)基因如編碼WD40蛋白的 KRN2，通過與未知功能蛋白DUF1644協(xié)同作用，負(fù)調(diào)控玉米和水稻的產(chǎn)量，敲除該基因可使玉米和水稻產(chǎn)量分別增加~10%和~8%，且對(duì)其它農(nóng)藝性狀無負(fù)面效應(yīng)（Chen?et?al.,?2022）。位于SBP-box基因 Unbranched3（ UB3）下游60?Kb的基因間隔區(qū)的 KRN4，是 UB3的遠(yuǎn)端調(diào)控元件，其敲除突變體穗行數(shù)和穗粗增加（Liu?et?al.,?2015）。編碼AP2結(jié)構(gòu)域蛋白的 KRN1與小麥關(guān)鍵馴化基因Q同源，該基因上調(diào)表達(dá)增加成對(duì)小穗分生組織數(shù)和穗行數(shù)（Wang?et?al.,?2019）。 KRN5（Zm00001d016075）負(fù)調(diào)控行粒數(shù)，對(duì)穗粒數(shù)和穗粒重也有一定的負(fù)調(diào)控作用（An?et?al.,?2022）。已克隆的穗長(zhǎng) qEL7基因編碼1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸氧化酶2通過乙烯信號(hào)負(fù)調(diào)控小穗數(shù)、小花育性和穗長(zhǎng)，敲除該基因能使雜交種穗粒重提高~13.4%（Ning?et?al.,?2021）?？刂朴衩仔辛?shù)的KNR6編碼絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過磷酸化其互作蛋白GTPase激活蛋白（AGAP）影響穗長(zhǎng)和行粒數(shù)，其啟動(dòng)子區(qū)轉(zhuǎn)座子的缺失能顯著提高產(chǎn)量（Jia?et?al.,?2020）。穗長(zhǎng)QTL（YIGE1）候選基因編碼一種未知蛋白，通過影響雌蕊小花數(shù)目調(diào)控玉米產(chǎn)量，過表達(dá)YIGE1增加雌穗花序分生組織大小、增加穗長(zhǎng)和行粒數(shù)，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量（Luo?et?al.,?2022）?？刂拼扑腠敹送嘶蛔凅w（earapical?degeneration1, ?ead1)的基因編碼鋁激活的蘋果酸外排轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白，過表達(dá)該基因可以顯著增加穗長(zhǎng)和行粒數(shù)（Pei?et?al.,?2022）。