[發明專利]GS3、GW8和/或GS9基因在調控水稻柱頭外露率中的應用

在審

• 申請號: 202210785309.0
• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號: CN116334122A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 王海洋;沈榮鑫;朱薪宇;茍亞軍;丁文燕
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/29;A01H5/02;A01H6/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 趙崇楊

本發明公開了GS3、GW8和/或GS9基因在調控水稻柱頭外露率中的應用。本發明通過系統分析已克隆的水稻粒型基因的分子特性與生物學功能，發現三個可能參與調控水稻粒型和柱頭外露的關鍵基因，經過表達分析發現GS3、GW8和/或GS9基因在柱頭快速生長期高表達。利用CRISPR/Cas9技術將粳稻中花11中的GS3、GW8和/或GS9基因敲除后，三突植株的柱頭外露率較野生型提高50％以上；同時，發現GS3、GW8和/或GS9對水稻柱頭外露率性狀有加性效應，其表現為柱頭外露率：三突＞雙突＞單突。表明通過編輯GS3、GW8和/或GS9基因可顯著提高水稻柱頭外露率，為水稻柱頭外露率的遺傳改良提供了理論依據和優良基因資源。

技術領域

本發明屬于農業分子生物技術領域。更具體地，涉及GS3、GW8和/或GS9?基因在調控水稻柱頭外露率中的應用。

背景技術

水稻(Oryza?sativaL.)是重要的糧食作物，我國是世界上最大的稻米生產國和消費國之一，充足的稻米產出對保證中國的糧食安全有著舉足輕重的作用。雜交水稻是提高水稻產量最有效的途徑，尤其是秈粳亞種間雜交可以使水稻產量在現有基礎上進一步提高20％左右，是未來育種的主要方向。但是由于不育系的柱頭外露率低，嚴重制約了雜交制種產量，是限制雜交稻推廣的關鍵瓶頸。

水稻的柱頭外露是指開過的穎花在關閉后能保持柱頭暴露在穎殼外面的現象，將單穗水稻含柱頭外露的穎花占比稱為柱頭外露率(Stigma?exsertion?rate,?SER)。水稻柱頭外露后，其活性可保持3-7天，在雜交水稻F₁制種中，柱頭外露穎花的結實率高達64％-90％，非外露穎花結實率僅為15.7％。所以提高水稻柱頭外露率是推進雜交稻發展及推廣的有效方法。目前都是通過發掘數量性狀位點?(QTL)來實現精細定位水稻柱頭外露主效QTL從而進行調控來提高制種產量。但是，由于定位到的QTL位點大多是貢獻率小、遺傳率低的位點，還難被應用于分子標記的輔助育種中；同時，由于柱頭外露調查困難且受到環境因素的影響，目前尚未克隆到調控柱頭外露的基因，影響水稻柱頭外露率的遺傳機制尚不清楚；通過提高水稻柱頭外露率可提升雜交水稻的制種效率，因此，提高柱頭外露率已成為雜交稻商業化制種技術中的有效改良性狀手段之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服上述問題的缺陷和不足，提供GS3、GW8?和/或GS9基因在調控水稻柱頭外露率中的應用。

本發明的第一個目的是提供GS3、GW8和/或GS9基因的應用。

本發明的第二個目的是提供一種提高水稻柱頭外露率的制劑。

本發明的第三個目的是提供一種提高水稻柱頭外露率的育種方法。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

本發明通過研究水稻小穗發育過程中穎殼和雌蕊(包括花柱和柱頭)的形態變化，我們發現穎殼和雌蕊呈現同步生長，在S11a到S12階段生長較快。然后，我們根據基因功能及對水稻農藝性狀的遺傳影響，對已克隆的水稻粒型基因進行了分析，最終篩選出三個基因GS3、GW8和GS9，其核苷酸序列依次如SEQ?ID?NO:1～3所示，GS3、GW8和GS9基因屬于谷粒長度的負調控因子和/或谷粒寬度的正調控因子，GS3、GW8和GS9基因的功能喪失等位基因可以提高谷粒品質，而且對其他水稻的農藝性狀沒有不利影響。