專利名稱：控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于植物生物技術領域。具體地，本發(fā)明涉及一種控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因及其應用。本發(fā)明還涉及由該基因編碼的多肽和該基因的啟動子序列。
背景技術：
水稻(Oryza sativa L.)是世界上十分重要的糧食作物，也是我國第一大糧食作物，全球近一半的人口以稻米為主食(Tan et al，2000)，隨著世界總?cè)丝诘牟粩嘣黾樱瑸榻鉀Q糧食不足的問題，產(chǎn)量的提高在水稻育種過程中將一直是至關重要的目標。而且，隨著人們生活水平的提高和稻米市場開放，稻米作為商品進行交易，人們對稻谷外觀和蒸煮食味等品質(zhì)的要求也日益提高，尤其是在國際市場上特別突出，改良稻米品質(zhì)的任務顯得越來越迫切(Juliano et al，1993 ；毛孝強等，2003)。水稻產(chǎn)量主要由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重三大要素決定，其中千粒重受籽粒大小影響。水稻谷粒形狀是衡量稻米外觀品質(zhì)的重要指標之一，同時還影響稻米的商品品質(zhì)和加工品質(zhì)(糙米率、精米率、整精米率等)。我國的國家優(yōu)質(zhì)稻谷標準中還規(guī)定優(yōu)質(zhì)秈稻品種的長寬比不能低于2. 8，谷粒形狀已成為育種家選育優(yōu)質(zhì)米品種的一個重要指標(康海岐等，2001)。目前對控制粒型的相關基因研究還比較少，已經(jīng)克隆的與水稻粒型相關的QTLs 有 3 個:GS3 (Chuchuan Fan 等，2006)、GW2 (Song 等，2007)及 GW5 (Shomura 等，2008)。當 GW2與GW5功能缺失時，會提高粒寬；GS3的功能缺失則會導致粒型變長。這3個基因?qū)Ρ硇投计鸬揭粋€負調(diào)控的作用。到目前為止，對水稻粒型起到正調(diào)控作用的相關基因還未見報道。我們利用染色體單片段代換系材料回交得到的分離群體，采用圖位克隆的方法首次克隆了控制水稻籽粒大小、粒寬和產(chǎn)量的基因GW8 (grain width in chromosome 8)，并鑒定了一批攜帶GW8不同單倍型的單片段代換系材料。通過對這些單片段代換系材料的表型分析及遺傳互補實驗，證明了該基因的功能。我們還分離了該基因的啟動子區(qū)域，并對 GW8基因的組織特異性表達進行了研究。我們的研究可為今后從分子水平闡明水稻粒型的遺傳基礎，為水稻的高產(chǎn)育種、 及基于稻米品質(zhì)改良的分子設計育種提供理論依據(jù)及材料支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因及其應用。更具體地，本發(fā)明人利用水稻染色體單片段代換系材料回交得到的分離群體，采用圖位克隆的方法首次克隆了控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8 (grain width in chromosome 8)，并鑒定了一批攜帶GW8不同單倍型的單片段代換系材料。通過對這些單片段代換系材料的表型分析及遺傳互補實驗，證明了該基因的功能。我們還分離了該基因的啟動子區(qū)域，并對GW8基因的組織特異性表達進行了研究。
本發(fā)明的目的在于提供一種從水稻中分離克隆的一個可同時控制粒型和產(chǎn)量的重要功能基因及其應用。本發(fā)明通過構建GW8的近等基因系，利用圖位克隆的方法，將GW8基因精細定位到水稻第八號染色體長臂末端12. 6Kb的物理范圍內(nèi)，該區(qū)段有且僅有一個預測的候選基因， 該基因有3個外顯子，共編碼455個氨基酸。在本發(fā)明的第一方面中，通過回交及分子標記輔助選擇，構建了以華粳秈74為受體親本，來自于8個供體材料，包括Katy、Basmati385、Basmati370、 江西絲苗、聯(lián)鑒33、Lemont, Amol3、紫恢100的染色體單片段代換系材料，依次命名為W06-40-48-06-02-03-02-03-1、W09-38-60-07-07-03-04-0049-16、 ffll-15-08-09-04, W13-30-45-01-10-02-6、W14-09-06-09-12、W23-06-07-02-09-09、 W02-15-01-08-14-05-01-32、W05-36-75-01-01-06，這些材料攜帶了不同單倍型的 GW8。本發(fā)明的第二方面涉及控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8，其為一種分離的多核苷酸，其包含從如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列(I)SEQ ID NOs :1_6中的任何一個所示的核苷酸序列；(2)與(1)的核苷酸序列的互補序列在中等嚴格條件、優(yōu)選高嚴格雜交條件下雜交的核苷酸序列；(3)與(1)的核苷酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少95%或98%或99%同一性的核苷酸序列；(4)與(1)的核苷酸序列編碼相同氨基酸序列的蛋白質(zhì)、但因遺傳密碼的簡并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)編碼如下氨基酸序列之一的核苷酸序列SEQ ID NOs :9、10、11中任何一個所示的氨基酸序列，或者，由于一或多個(例如1-25個、1-20個，1-15個，1-10個，1-5個，1-3 個)氨基酸殘基的替代、缺失和/或插入而與SEQ ID NO 9和10、11中任何一個所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，與SEQ ID N0:9和10、11中任何一個所示的氨基酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少95%或98%同一性的氨基酸序列；(6) (1)-(5)任何一個的核苷酸序列的活性片段；或(7)與(1)-(5)任何一個的核苷酸序列互補的核苷酸序列。其中，GW8 cDNA序列及其變體、相關啟動子的核苷酸序列由SEQ IDNOs :1_8所示， 具體參見下表1。表1 :SEQ ID NOs :1_8的序列名稱及其來源
權利要求
1.控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8，其為一種分離的多核苷酸，其包含從如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列(1)SEQID NOs 1-6中的任何一個所示的核苷酸序列；(2)與(1)的核苷酸序列的互補序列在中等嚴格條件、優(yōu)選高嚴格雜交條件下雜交的核苷酸序列；(3)與(1)的核苷酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少 95%或98%同一性的核苷酸序列；(4)與(1)的核苷酸序列編碼相同氨基酸序列的蛋白質(zhì)、但因遺傳密碼的簡并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)編碼如下氨基酸序列之一的核苷酸序列SEQID NOs :9、10和11中任何一個所示的氨基酸序列，或者，由于一或多個(例如1-25個、1-20個，1-15個，1-10個，1-5個，1-3 個)氨基酸殘基的替代、缺失和/或插入而與SEQ ID NOs 9-11中任何一個所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，與SEQ ID NOs :9-11中任何一個所示的氨基酸序列具有至少 70 %、優(yōu)選至少80 %、更優(yōu)選至少90 %、尤其是至少95 %或98 %同一性的氨基酸序列；(6)(1)-(5)任何一個的核苷酸序列的活性片段；或(7)與(1)_(5)任何一個的核苷酸序列互補的核苷酸序列。
2.一種重組構建體，其特征在于包含權利要求1的基因GW8的多核苷酸序列，所述構建體所用的載體是克隆載體或者用于表達所述多核苷酸的表達載體。
3.—種重組宿主細胞，其特征在于包含權利要求1的基因GW8的多核苷酸序列或權利要求2的重組構建體，或它的基因組中整合有權利要求1的基因GW8的多核苷酸序列，其中所述細胞選自動物細胞、植物細胞或者微生物細胞，例如大腸桿菌細胞。
4.權利要求3所述的重組宿主細胞，其中所述細胞為植物細胞。
5.權利要求4所述的重組宿主細胞，其中所述細胞為水稻細胞。
6.分離的多肽，其由權利要求1的控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8編碼，其包含從如下組氨基酸序列中選擇的氨基酸序列(1)SEQID NOs :9、10和11中任何一個所示的氨基酸序列，(2)由于一或多個(例如1-25個、1-20個，1-15個，1-10個，1-5個，1-3個)氨基酸殘基的替代、缺失和/或插入而與SEQ ID NOs :9-11中任何一個所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，(3)與SEQID NOs :9、10和11中任何一個所示的氨基酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少 80 %、更優(yōu)選至少90 %、尤其是至少95 %或98 %同一性的氨基酸序列，(4)(1)或(2)或(3)所述氨基酸序列的活性片段，(5)由權利要求1的多核苷酸分子編碼的氨基酸序列。
7.生產(chǎn)產(chǎn)量提高的作物的方法，該方法包括從權利要求4的重組宿主細胞再生轉(zhuǎn)基因植物，或者將含有權利要求1所述的控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8的植株與另一植株雜交，其中所述植物優(yōu)選是粒寬增加，千粒重增加的植物，其中所述植物優(yōu)選是農(nóng)作物，例如水稻。
8.控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8的啟動子序列，其包含從如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列(2)與(1)的核苷酸序列的互補序列在中等嚴格條件、優(yōu)選高嚴格雜交條件下雜交的核苷酸序列；(3)與(1)的核苷酸序列具有至少70%、優(yōu)選至少80%、更優(yōu)選至少90%、尤其是至少 95%或98%同一性的核苷酸序列；(4)(1)-(3)任何一個的核苷酸序列的活性片段；或(5)與(1)_(4)任何一個的核苷酸序列互補的核苷酸序列。
9.包含權利要求8的啟動子序列的構建體。
10.包含權利要求9的構建體的細胞，其中所述細胞為植物細胞，優(yōu)選水稻細胞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制水稻粒寬、粒重和產(chǎn)量的基因GW8(SEQ IDNO1-6)及其應用。GW8可以控制水稻谷粒的形狀和大小。GW8通過影響細胞橫向和縱向分裂速度來控制谷殼的大小和長寬比，并調(diào)節(jié)灌漿速率，進而影響水稻的產(chǎn)量。GW8可以作為鑒定水稻籽粒長寬比和籽粒大小品種的分子標記。GW8對基于提高水稻產(chǎn)量及改良稻米品質(zhì)的育種有廣泛的應用前景。
文檔編號C12N15/29GK102329806SQ20111029486
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者傅向東, 吳昆 , 張桂權, 曾瑞珍, 王少奎 申請人:中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所