水稻穗部性狀調(diào)控基因pt2及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2及其應(yīng)用。所述PT2基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO.1所示，其能調(diào)控水稻穗部性狀如粒形、千粒重、穗長。本發(fā)明還提供了PT2基因的等位基因pt2-J和pt2-I，其核苷酸序列如SEQ?ID?NO.3和SEQ?ID?NO.5所示。本發(fā)明提供的PT2基因及其等位基因可用于植物新品種的選育，如選育高產(chǎn)水稻品種，或用于選育高檔長粒優(yōu)質(zhì)水稻品種，也可用于玉米、高粱等其它植物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種的培育。
【專利說明】水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物基因工程領(lǐng)域，具體涉及一種水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2，同時(shí)還涉及該基因的等位基因以及該基因及其等位基因在水稻、玉米等植物育種中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球一半以上的人口以大米為主食，稻谷的產(chǎn)量及品質(zhì)關(guān)系到世界的糧食安全。水稻穗部性狀包括穗長、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、粒形、每穗粒數(shù)等，對(duì)水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。
[0003]以水稻穗部性狀一粒形為例，粒形包括粒長、粒寬、粒厚，它不僅直接影響水稻產(chǎn)量的重要構(gòu)成因子——千粒重，同時(shí)也對(duì)稻米的外觀品質(zhì)、商品品質(zhì)和加工品質(zhì)有重要影響。因此，水稻粒形的遺傳機(jī)制和分子機(jī)理研究對(duì)水稻高產(chǎn)及優(yōu)質(zhì)育種有著重要的理論和實(shí)踐意義。迄今為止，根據(jù)國際數(shù)據(jù)庫Gramene公布的數(shù)據(jù)，已有508個(gè)控制水稻粒形性狀的QTL被定位，分布在水稻的12條染色體上。目前已有若干控制粒形的主效基因通過圖位克隆的方法被克隆出來，如GS3、Gff2, Gff5, TGW6、GS5、GW8等(Fan et al.,2006,Theor.Appl.Genet.112:1164-1171 ；Song et al.,2007, Nature Genetics39:623-630 ;Weng et al., 2008, Cell Research, 18(12):1199-1209 ；Ishimaru et al.2013, NatureGenetics, 45(6):707-711 ;Li et al., 2011, Nature Genetics, 43(12):1266-1269;Wang etal.，2012，Nature Genetics, 44(8): 950-954)。其它穗部性狀的研究進(jìn)展，如穗長、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、每穗粒數(shù)，與粒形的研究進(jìn)展相類似，一般定位了較多相關(guān)QTL或基因，同時(shí)有部分基因被克隆出來。 [0004]根據(jù)目前的研究結(jié)果來看，水稻穗部性狀的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜:其中有主效調(diào)控基因，也存在大量的微效QTL ;有多效基因，也有只影響單一或少數(shù)性狀的基因。同時(shí)，基因之間存在復(fù)雜的互作關(guān)系。因此，迫切需要克隆更多與穗部性狀相關(guān)的新基因，在了解單個(gè)基因功能的基礎(chǔ)上逐漸明晰其基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而為新品種培育提供基因資源和理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為水稻及其它植物提供一種新的穗部性狀調(diào)控基因及其應(yīng)用。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明首先提供一種水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.1的第2102~3286位所示的核苷酸序列；或該序列經(jīng)替換、缺失或增加一個(gè)或多個(gè)核苷酸，且編碼相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0007]其中，調(diào)控主效基因PT2的啟動(dòng)子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.1中1-2014位對(duì)應(yīng)的核苷酸所示。
[0008]進(jìn)一步地，所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2，其核苷酸序列如SEQ ID N0.1所示。
[0009]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2編碼的蛋白，其具有SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列。[0010]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2的等位基因Pt2-J，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.3的第2098~3237位所示的核苷酸序列；或該序列經(jīng)替換、缺失或增加一個(gè)或多個(gè)核苷酸，且編碼相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0011]其中，Pt2-J啟動(dòng)子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.3中1-2010位對(duì)應(yīng)的核苷酸所示。
[0012]進(jìn)一步地，所述水稻穗部性狀調(diào)控基因pt2_J，其核苷酸序列如SEQ ID N0.3所示。
[0013]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因pt2_J編碼的蛋白，其具有SEQ IDN0.4所示的氨基酸序列。
[0014]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2的等位基因pt2_I，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.5的第2088~3272位所示的核苷酸序列；或該序列經(jīng)替換、缺失或增加一個(gè)或多個(gè)核苷酸，且編碼相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0015]其中，pt2-1啟動(dòng)子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.5中1-1991位對(duì)應(yīng)的核苷酸所示。
[0016]進(jìn)一步地，所述水稻穗部性狀調(diào)控基因pt2_I，其核苷酸序列如SEQ ID N0.5所示。
[0017]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因pt2_I編碼的蛋白，其具有SEQ IDN0.6所示的氨基酸序列。
[0018]本發(fā)明還提供了含有所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2或pt2_J或pt2_I的載體。
[0019]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2或pt2_J或pt2_I在水稻及其它植物新品種選育中的應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2或pt2_J或pt2_I在調(diào)節(jié)水稻及其它植物穗部性狀中的應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明還提供了所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2或pt2_J或pt2_I在制備轉(zhuǎn)基因水稻及其它植物中的應(yīng)用。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023](I)本發(fā)明在水稻中克隆的新基因PT2對(duì)穗長和千粒重具有較大正效應(yīng)，總庫容量顯著增加，為水稻的高產(chǎn)育種提供了新的基因資源；新基因PT2對(duì)粒長具有較大正效應(yīng)，通過與窄?；虻木酆?，可選育出高檔長粒優(yōu)質(zhì)稻新品種。
[0024](2)本發(fā)明中新基因PT2的等位基因pt2_J或pt2_I雖然對(duì)穗長和千粒重具有較大負(fù)效應(yīng)，但在特定遺傳背景條件下，如聚合了其它大粒和長穗基因的情況下，應(yīng)用Pt2-J或pt2_I基因可在保持水稻聞廣的基礎(chǔ)上提升品質(zhì)。
[0025](3)相似遺傳背景條件下，雜合基因型(PT2pt2)可使穗粒數(shù)和千粒重保持較高水平，大幅增加庫容量。因此，雜合基因型(PT2pt2)可大幅提高雜交水稻的庫容量，為水稻超高產(chǎn)育種服務(wù)。
[0026](4)本發(fā)明中的PT2基因在玉米、高粱等眾多植物中具有同源基因，PT2基因不僅可用于水稻，也可用于其它植物的新品種培育。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明PT2基因在水稻全生育期不同組織中表達(dá)水平示意圖。使用材料是2 個(gè)近等基因系材料 R642-l(pt2pt2，pt2 來自 Rl 126)和 R642-2 (PT2PT2, PT2 來自 CDL)。[0028]圖2為本發(fā)明過表達(dá)轉(zhuǎn)基因TO代陽性單株與陰性對(duì)照單株穎花照片。
[0029]圖3為本發(fā)明RNA干擾TO代陽性單株與陰性對(duì)照單株穎花照片。
[0030]圖4為本發(fā)明克隆的PT2基因的結(jié)構(gòu)示意圖和其自然變異分析。其中:黑色的方框代表外顯子，細(xì)線代表內(nèi)含子，“ATG”和“TGA”分別是翻譯起始密碼子和終止密碼子，ATG前的粗線代表2000bp的啟動(dòng)子，大粒和中粒間的38個(gè)SNP和InDel變異位于PT2基因的啟動(dòng)子和編碼區(qū)(SNP替換均用相應(yīng)的堿基代表，InDel缺失均用相應(yīng)的圓點(diǎn)代表)，編碼區(qū)有3個(gè)氨基酸變異，內(nèi)含子有11個(gè)SNP變異和3個(gè)InDel變異。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032]2013年，本申請(qǐng)發(fā)明人成功將I個(gè)控制粒長、粒寬和千粒重的主效基因首次精細(xì)定位到水稻第2染色體上的33.2kb區(qū)間，推測L0C_0s02g47280就是候選基因，并將該基因初步命名為GS2 (Grain shape2) (Zhang et al.，2013)，但當(dāng)時(shí)沒有完成后續(xù)基因克隆工作。后續(xù)考察分析表明，來自‘CDL’的大粒基因GS2不僅可顯著增加粒長、粒寬和千粒重，而且顯著增加穗長，發(fā)明人將該穗部性狀調(diào)控基因重新命名為PT2 (Panicle Traits2)。Real-Time PCR表達(dá)分析表明:在決定穗部性狀發(fā)育的關(guān)鍵期——幼穗期，PT2PT2基因型具有較高的表達(dá)量，其隱性等位基因型Pt2pt2表達(dá)量較低，推測L0C_0s02g47280基因表達(dá)量的不同導(dǎo)致了功能及表型的差異。通過轉(zhuǎn)基因驗(yàn)證試驗(yàn)證實(shí)，過表達(dá)單株中L0C_0s02g47280基因表達(dá)量增加，穗長、粒長、粒寬顯著增加；RNA干涉單株中L0C_0s02g47280基因表達(dá)量降低，穗長、粒長、粒寬顯著降低。至此，本發(fā)明人完成了對(duì)PT2基因的克隆。
[0033]本發(fā)明的PT2基因優(yōu)選自水稻，但是與水稻PT2基因高度同源的其它植物基因也在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0034]實(shí)施例1基因的精細(xì)定位、表型分析與命名
[0035]本發(fā)明人經(jīng)過深入的研究，成功將I個(gè)控制粒長、粒寬和千粒重的新主效基因GS2(Grain Shape2)精細(xì)到水稻第2染色體上的33.2kb區(qū)間，推測L0C_0s02g47280就是候選基因GS2 (Zhang et al.，2013)。該基因可使水稻粒長增加3mm、粒寬增加0.4mm、千粒重增加18g (不同遺傳背景下增幅可能有差異)。后續(xù)研究表明，該基因不僅可顯著增加粒長、粒寬和千粒重，而且顯著增加穗長(表1)，發(fā)明人將其重新命名為PT2 (Panicle Traits2)。PT2基因可同時(shí)調(diào)控水稻的穗長和千粒重，從而對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。
[0036]表lL0C_0s02g47280基因的近等基因系材料穗部性狀考種結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2，其特征在于，其核苷酸序列如SEQID N0.1所示。
2.權(quán)利要求1所述的水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2的等位基因pt2-J，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID N0.3所示。
3.權(quán)利要求1所述的水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2的等位基因pt2-1，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID N0.5所示。
4.含有權(quán)利要求1所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2的載體。
5.含有權(quán)利要求2所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2等位基因pt2-J的載體。
6.含有權(quán)利要求3所述水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2等位基因pt2-1的載體。
7.權(quán)利要求1所述的水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2在水稻、玉米等植物新品種選育中的應(yīng)用。
8.權(quán)利要求1所述的水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2在調(diào)節(jié)水稻、玉米等植物新品種穗部性狀中的應(yīng)用。
9.權(quán)利要求1所述的水稻穗部性狀調(diào)控基因PT2在制備轉(zhuǎn)基因水稻、玉米等植物新品種中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C12N15/82GK103882033SQ201410116107
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】鄧華鳳, 張武漢, 孫平勇, 舒服, 何強(qiáng), 刑俊杰, 王杰 申請(qǐng)人:湖南雜交水稻研究中心