控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開降低水稻株高、提高抗倒伏能力、增加水稻分蘗數(shù)和產(chǎn)量的SDT基因及其應(yīng)用。SDT基因編碼OsmiR156h。在半矮化多分蘗的sdt水稻突變體中，sdt基因轉(zhuǎn)錄的mRNA的3’-UTR長(zhǎng)度比野生型SDT基因轉(zhuǎn)錄的3’-UTR短，導(dǎo)致sdt基因轉(zhuǎn)錄水平比野生型SDT基因表達(dá)水平更高。遺傳分析表明sdt是一個(gè)半顯性突變，它能抑制莖稈細(xì)胞的縱向分裂來控制各節(jié)間長(zhǎng)度和株高，進(jìn)而提高水稻的抗倒伏能力；同時(shí)，它能增加水稻有效分蘗數(shù)，進(jìn)而提高水稻每株穗粒數(shù)和產(chǎn)量。本發(fā)明首次證明調(diào)控OsmiR156h基因轉(zhuǎn)錄mRNA的3’-UTR長(zhǎng)度可以改變?cè)摶虻谋磉_(dá)水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)培育具有優(yōu)良性狀的水稻的應(yīng)用前景。
【專利說明】控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物生物【技術(shù)領(lǐng)域】。具體地，本發(fā)明涉及一種控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用。本發(fā)明還涉及該基因的非編碼區(qū)序列。
【背景技術(shù)】
[0002]水稻(Oryza sativa L.)是世界上十分重要的糧食作物之一，水稻單產(chǎn)提高與保障糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展氣息相關(guān)。在目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水稻產(chǎn)量的提高依賴于大量的外加施肥，但是這樣會(huì)加大在水稻成熟期產(chǎn)生倒伏減產(chǎn)的危險(xiǎn)性，從而又限制了肥料的施用量。應(yīng)對(duì)這個(gè)矛盾的方法是水稻半矮桿基因sdl的廣泛應(yīng)用u——該基因又被稱為“綠色革命”基因，其應(yīng)用導(dǎo)致了上世紀(jì)60年代開始影響至今的水稻大幅增產(chǎn)的“第一次綠色革命”3’4。在第一次綠色革命的基礎(chǔ)上，如何繼續(xù)提高水稻單產(chǎn)以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的人口和糧食需求，是水稻育種家的追求目標(biāo)。盡管sdl基因已在目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但是倒伏問題仍然是一個(gè)高產(chǎn)育種面臨的瓶頸。在高產(chǎn)水稻新品種培育的過程中，迫切需要發(fā)掘新型的半矮化基因，能夠保證在sdl基因的應(yīng)用基礎(chǔ)上繼續(xù)提高抗倒能力和產(chǎn)量。本發(fā)明就描述了一種新的可以提高水稻抗倒能力，同時(shí)提高水稻分蘗數(shù)和產(chǎn)量的水稻基因SDT (SEMID WARFAND HIGH-TILLERING)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因及其應(yīng)用。更具體地，本發(fā) 明人利用水稻半矮化多分蘗突變體sdt與水稻晚3雜交構(gòu)建的遺傳群體，采用QTL分析和圖位克隆的方法首次克隆了控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因(SDT與其3’-UTR變短的突變體sdt)，并通過構(gòu)建含有SDT基因啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)下的SDT和sdt cDNA的載體轉(zhuǎn)化皖稻44(野生型)材料的陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因植株來驗(yàn)證SDT與sdt基因的功能。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種從水稻中分離克隆的一個(gè)可同時(shí)提高抗倒伏能力和產(chǎn)量的重要功能基因及其應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明通過雜交，利用圖位克隆的方法，將SDT基因精細(xì)定位到水稻第六號(hào)染色體長(zhǎng)臂26.3Kb的物理范圍內(nèi)，該區(qū)段有三個(gè)預(yù)測(cè)的候選基因，測(cè)序比較分析表明只有其中一個(gè)基因L0C_0s06g44034的第二個(gè)外顯子上檢測(cè)到片段插入和缺失突變。該基因有5個(gè)外顯子，編碼0smiR156h基因的pre-mRNA。編碼0smiR156h莖環(huán)結(jié)構(gòu)(SEQ ID NO:5序列)位于第一個(gè)外顯子，之后的第一外顯子及第二到五外顯子產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)的3’ -UTR(3’ -非編碼區(qū))尾巴。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)方面，指通過回交和分子標(biāo)記輔助篩選，構(gòu)建了含有突變的半矮化多分蘗基因sdt的水稻材料，包括皖稻44-sdt、安選6-sdt、9311背景下的染色體片段置換系材料CSSL-sdt和近等基因系9311-sdt/sdl、9311-sdt/SDl、與優(yōu)異等位變異OsSPLHwfp雜交得到的近等基因系NIL-OsSPLHwplVsdt等。
[0007]本發(fā)明的第二方面涉及控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因，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:
[0008](I) SEQ ID NOs: 1-4中的任何一個(gè)所示的核苷酸序列；
[0009](2)與(I)的核苷酸序列的互補(bǔ)序列在中等嚴(yán)格條件、優(yōu)選高嚴(yán)格雜交條件下雜交的核苷酸序列；
[0010](3)與(I)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 %序列同一性的核苷酸序列；
[0011](4)經(jīng)過剪接之后 與SEQ ID NOs:1_4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%的序列同一性的核苷酸序列；；
[0012](5)以(I)的核苷酸序列為作用核心而衍生的核苷酸序列
[0013](6) (1)-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列的活性片段；或
[0014](7)與(1)-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。
[0015]其中，控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因的野生型形式用SDT表示，其3’ -UTR變短的突變體形式用sdt表示。SDT cDNA序列及其突變體、相關(guān)啟動(dòng)子和3’ -UTR的核苷酸序列由SEQ ID NOs:1-10所示，具體參見下表1。
[0016]本發(fā)明的第三方面包括控制水稻株高、抗倒伏能力、有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因的非編碼區(qū)序列(包括啟動(dòng)子和3’ -非編碼區(qū)序列等)，其包含如下組核苷酸序列中選擇的核苷酸序列:
[0017](I)SEQ ID NOs:6_10所示的核苷酸序列；
[0018](2)與(I)的核苷酸序列的互補(bǔ)序列在中等嚴(yán)格條件、優(yōu)選高嚴(yán)格雜交條件下雜交的核苷酸序列；
[0019](3)與(I)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；
[0020](4) (1)-(3)任何一個(gè)的核苷酸序列的活性片段；或
[0021](5)與(1)-(4)任何一個(gè)的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。
[0022]表1:SEQ ID NOs:1_10的序列名稱及來源
[0023]
【權(quán)利要求】
1.控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加水稻有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因，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:1-4中的任何一個(gè)所示的核苷酸序列； (2)與(I)的核苷酸序列的互補(bǔ)序列在中等嚴(yán)格條件、優(yōu)選高嚴(yán)格雜交條件下雜交的核苷酸序列； (3)與(I)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%序列同一性的核苷酸序列； (4)經(jīng)過剪接之后與SEQIDNOs: 1_4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%的序列同一性的核苷酸序列； (5)以(I)的核苷酸序列為作用核心而衍生的核苷酸序列； (6)⑴-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列的活性片段；或 (7)與(1)-(5)任何一個(gè)的核苷酸序列互補(bǔ)的核苷酸序列。
2.一種重組構(gòu)建體，其特征在于包含權(quán)利要求1的基因的多核苷酸序列，所述構(gòu)建體所用的載體是克隆載體或者用于表達(dá)所述多核苷酸的表達(dá)載體。
3.—種重組宿主細(xì)胞，其特征在于包含權(quán)利要求1的基因的多核苷酸序列或權(quán)利要求2的重組構(gòu)建體，或它的基因組中整合有權(quán)利要求1的基因的多核苷酸序列，其中所述細(xì)胞為微生物細(xì)胞。
4.權(quán)利要求3所述的重組宿主細(xì)胞，其中所述細(xì)胞為大腸桿菌細(xì)胞。
5.權(quán)利要求3所述的重組宿主細(xì)胞，其中所述細(xì)胞為農(nóng)桿菌細(xì)胞。
6.一種培育產(chǎn)量提高的作物的方法，所述方法包括:利用權(quán)利要求3的重組宿主細(xì)胞獲得轉(zhuǎn)基因作物，或?qū)?quán)利要求1所述的基因轉(zhuǎn)染到作物細(xì)胞中獲得轉(zhuǎn)基因作物植株，或?qū)⒑袡?quán)利要求1所述的控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因的作物植株與另一作物植物雜交得到雜交作物植株，使得所述轉(zhuǎn)基因作物或雜交作物中權(quán)利要求I所述的控制水稻株高、抗倒伏能力、分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因的表達(dá)量增加，從而獲得株高降低、抗倒伏能力增強(qiáng)、分蘗數(shù)和產(chǎn)量增加的作物。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述作物選自水稻或小麥。
8.一種調(diào)控目標(biāo)基因表達(dá)水平的方法，所述方法包括:將包含SEQ ID NO:6的構(gòu)建體轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞中，使SEQ ID NO:6插入到所述目標(biāo)基因的3’-UTR，使得所述目標(biāo)基因的3’-UTR長(zhǎng)度變短，影響所述目標(biāo)基因的mRNA表達(dá)水平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述目標(biāo)基因表達(dá)的調(diào)控。
9.一種培育產(chǎn)量提高的作物的方法，所述方法包括:將包含SEQ ID NO:6的構(gòu)建體轉(zhuǎn)入作物中，使SEQ ID NO:6插入到0smiR156h基因的3’-UTR，從而使得所述作物中0smiR156h基因的mRNA表達(dá)水平增加，由此獲得株高降低、抗倒伏能力增強(qiáng)、分蘗數(shù)和產(chǎn)量增加的作物，其中所述作物選自水稻或小麥。
10.一種培育產(chǎn)量提高的水稻的方法，所述方法包括:在包含OsSPLHwfp基因的背景下，導(dǎo)入SEQ ID NO:2或4所示的控制水稻株高、抗倒伏能力、分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因。
11.一種培育產(chǎn)量提高的水稻的方法，所述方法包括:在包含sdl基因的背景下，導(dǎo)入SEQ ID NO:2或4所示的控制水稻株高、抗倒伏能力、分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因。
12.權(quán)利要求1所述的控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加水稻有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量的基因的啟動(dòng)子序列，其為SEQ ID NO:7或8。
【文檔編號(hào)】C12N15/29GK103993018SQ201410091549
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】傅向東, 趙孟, 吳昆 , 吳躍進(jìn), 劉斌美, 劉倩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所