水稻抽穗期基因dth6-1及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及植物基因工程技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及到一個(gè)位于水稻第6染色體短臂上 控制抽穗期的基因 DTH6-1及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在很大程度上依賴(lài)于作物最大區(qū)域適應(yīng)性和優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)的育種。作物培育 一個(gè)主要的限制因素是其抽穗期，抽穗期主要通過(guò)光照和溫度嚴(yán)格調(diào)節(jié)。水稻抽穗期受感 光性、感溫性和基本營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)性的影響，三者相互作用決定了水稻品種的地區(qū)和季節(jié)適應(yīng) 性。抽穗期長(zhǎng)短、水稻基因間互作及基因和環(huán)境間的互作使抽穗期的遺傳行為十分復(fù)雜。水 稻復(fù)雜性狀遺傳學(xué)基礎(chǔ)的分類(lèi)，不僅對(duì)水稻發(fā)展的基礎(chǔ)研宄方面有很大的影響，對(duì)水稻育 種也有實(shí)際的價(jià)值。抽穗期性狀成為水稻高產(chǎn)育種過(guò)程中關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003] 隨著分子生物學(xué)的迅速發(fā)展和水稻抽穗期研宄的深入，目前已克隆了 24個(gè)水稻 抽穗期基因（郭梁等，2012)，其中10個(gè)為QTL，4個(gè)為突變基因，10個(gè)為應(yīng)用反向遺傳 學(xué)方法確認(rèn)了功能的同源基因，這些抽穗期基因中多數(shù)參與光周期調(diào)控途徑（Komiya et al. , 2009) 〇
[0004] 光周期敏感位點(diǎn)Hd3與水稻開(kāi)花、抽穗期和成熟有關(guān)，但效應(yīng)較小，屬微效QTL，定 位于水稻第6染色體上RFLP標(biāo)記R1952~C1032之間，并與R2749、R1962、R2967和C764等 4個(gè)標(biāo)記共分離（Yamamoto et al.，1997)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Hd3位點(diǎn)實(shí)際上是由Hd3a和Hd3b 兩個(gè)子位點(diǎn)構(gòu)成，這兩個(gè)位點(diǎn)都具有加性效應(yīng)：在短日照下，來(lái)自Kasalath的Hd3a位點(diǎn)的 等位基因會(huì)促進(jìn)抽穗；而在長(zhǎng)日照或大田里，來(lái)自Kasalath的Hd3b位點(diǎn)的等位基因會(huì)延遲 抽糖。Hd3a與分子標(biāo)記B174共分尚，而Hd3b與分子標(biāo)記R1952共分尚，兩者的遺傳距尚約 為 I. 6cM(Monna, et al.，2002)。
[0005] Hd3a cDNA全長(zhǎng)847bp，包含有4個(gè)外顯子，編碼一個(gè)由178個(gè)氨基酸組成的蛋白 產(chǎn)物。序列分析表明：Kasalath和日本晴等位基因在編碼區(qū)內(nèi)有一個(gè)單堿基同義替換和一 個(gè)2堿基替換，在日本晴是脯氨酸編碼子，在Kasalath是天門(mén)冬氨酸編碼子，從而引起該蛋 白羧基端的氨基酸改變。但這兩種等位基因均具有功能，只是Kasalath中Hd3a等位基因 促進(jìn)抽穗的功能更強(qiáng)。
[0006] Hd3a是一個(gè)與擬南芥中促進(jìn)開(kāi)花的FLOWERING LO⑶S T(FT)基因高度相似的基 因，該基因在從長(zhǎng)日照轉(zhuǎn)變?yōu)槎倘照諘r(shí)誘導(dǎo)表達(dá)。根據(jù)表達(dá)分析，在短日條件下，Hd3a轉(zhuǎn)錄 本的水平直接影響水稻的抽穗期，并且Kasalath等位基因表達(dá)的mRNA比日本晴等位基因 表達(dá)要早，表達(dá)水平也較高（Kojima et al.，2002)。
[0007] 與擬南芥中FT基因受控于CO基因類(lèi)似，水稻中Hd3a對(duì)抽穗的促進(jìn)作用也受控于 Hdl，Hdl的功能性等位基因能上調(diào)Hd3a的mRNA，在調(diào)節(jié)水稻抽穗的遺傳網(wǎng)絡(luò)中，Hd3a在 Hdl的下游起作用。Hdl和Hd3a在短日照下被誘導(dǎo)，其轉(zhuǎn)錄水平隨晝夜節(jié)律而變化（Kojima et al.，2002) oHdSa表達(dá)的抑制是導(dǎo)致水稻在低溫和長(zhǎng)日照條件下遲抽穗的原因 （Luan et al. , 2009) 〇
[0008] 長(zhǎng)日照條件下，GhdS通過(guò)調(diào)節(jié)EhdURFTl和Hd3a延遲水稻開(kāi)花，但短日照條件下 促進(jìn)水稻開(kāi)花。GhdS能夠上調(diào)控制水稻分蘗和側(cè)枝發(fā)生的基因 MOCl的表達(dá)，從而增加水稻 的分蘗數(shù)、一級(jí)枝梗和二級(jí)枝梗數(shù)（Yan et al. 2011)。
[0009]目前，已克隆的抽穗期基因 Ehd2是水稻開(kāi)花轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵因子，編碼一個(gè)具有鋅指 基序的轉(zhuǎn)錄因子，是玉米中促進(jìn)開(kāi)花的INDETERMINATEl(IDl)基因的直系同源基因。在水 稻開(kāi)花的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，Ehd2位于Hdl，Hd3a，RFTl的上游，是水稻開(kāi)花的促進(jìn)因子，它調(diào) 節(jié)水稻的花期轉(zhuǎn)變而不影響生長(zhǎng)速率，這一功能是通過(guò)上調(diào)Ehdl和Hd3a、RFTl下游基因 的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)的（Kazuki et al.，2008)。Hd3a蛋白是一種可移動(dòng)的開(kāi)花信號(hào)，與擬南芥中 FT蛋白有類(lèi)似作用，均有開(kāi)花素的作用。長(zhǎng)日照條件下，在擬南芥中，CO基因可以直接調(diào)控 FLOWERING LO⑶S (FT)等其他基因的表達(dá)，F(xiàn)T基因編碼磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白，如果FT基 因突變，則無(wú)論在長(zhǎng)日照或者短日照條件下，都可抑制開(kāi)花。無(wú)論長(zhǎng)短日照條件下，F(xiàn)T基因 在整個(gè)植株中均表達(dá)，且表達(dá)隨發(fā)育時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。所以，F(xiàn)T基因具有積累作用的基 因，在長(zhǎng)日照條件下，其表達(dá)在傍晚達(dá)到最高峰；在短日照條件下，其表達(dá)被壓制。水稻中的 Hd3a基因與擬南芥中的FT基因高度同源，在長(zhǎng)日照條件下，F(xiàn)T基因促進(jìn)開(kāi)花。Kojima等 (2002)已經(jīng)證實(shí)，Hd3a在轉(zhuǎn)錄本水平影響生育期。如果用RNAi技術(shù)將Hd3a的表達(dá)完全抑 制，則水稻不再抽穗（Kazuki et al.，2008)。Tamaki等（2007)通過(guò)構(gòu)建Hd3a :GFP融合載 體，證明Hd3a蛋白同時(shí)存在于植物的葉和莖等通道部分以及頂端分生組織中，但是，Hd3a 的mRNA只能在葉片部位檢測(cè)到，而韌皮部、疏導(dǎo)組織及頂端分生組織中幾乎檢測(cè)不到。研 宄表明，這與擬南芥中FT基因調(diào)控開(kāi)花的途徑完全一致。說(shuō)明Hd3a與FT基因控制開(kāi)花的 途徑是相當(dāng)保守的，而且在過(guò)程中均起到了開(kāi)花素的作用。akahashi等（2009年）研宄發(fā) 現(xiàn)Hd3a的表達(dá)水平與水稻開(kāi)花的早晚是非常相關(guān)的，該基因的表達(dá)量高則會(huì)使抽穗期變 短，同時(shí)，不同啟動(dòng)子的類(lèi)型也影響Hd3a的表達(dá)水平（Takahashi et al.，2009)。
[0010] 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)Luan等（2009)探討了光周期和溫度兩因素對(duì)水稻抽穗期的影響。 該研宄考察了不同光周期和溫度處理下，從組織培養(yǎng)中獲得的早抽穗突變體與野生型的 抽穗期。連鎖分析研宄發(fā)現(xiàn)：控制該突變表型的基因位點(diǎn)與Hdl位點(diǎn)共分離，序列分析發(fā) 現(xiàn)，該突變包括2個(gè)插入堿基和幾個(gè)單堿基的替換，這一系列的變化最終導(dǎo)致了突變體中 HdlmRNA表達(dá)水平比野生型顯著降低。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)Hdl和Hd3a兩基因在不同光周期 和溫度條件下的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，Hdl在mRNA水平上，不同的光周期和溫度條件下有不同的表達(dá)， 比如在黑暗條件下表達(dá)水平較高而在光照條件下表達(dá)水平較低。除此之外，長(zhǎng)日照和低溫， 均可使Hdl表現(xiàn)出較高的表達(dá)水平。但是對(duì)于Hd3a，只要是低溫條件下，無(wú)論是長(zhǎng)日照還是 短日照，均表現(xiàn)出極低的表達(dá)水平。綜上所述，Hd3a表達(dá)的抑制可以導(dǎo)致水稻在低溫和長(zhǎng) 日照條件下遲抽穗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)背景材料圣稻16和其導(dǎo)入系的抽穗期基因的研宄，在圣稻16和其 導(dǎo)入系中發(fā)現(xiàn)一個(gè)抽穗期基因 DTH6-1，并對(duì)其同一基因座上的等位基因進(jìn)行克隆。通過(guò)試 驗(yàn)證明：DTH6-1基因可以調(diào)控水稻的抽穗期。
[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種水稻抽穗期基因 DTH6-1，其特征是，一個(gè)來(lái)自受體親 本圣稻16, 一個(gè)來(lái)自其導(dǎo)入系；圣稻16的核苷酸序列如SEQ ID NO :1所示；其導(dǎo)入系的核 苷酸序列如SEQ ID NO :2所示。
[0013]