水稻株高的表觀調(diào)控位點及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，具體涉及水稻株高的表觀調(diào)控位點，所述表觀 調(diào)控位點通過改變旁鄰基因的表達(dá)，進(jìn)而控制水稻的株高。
【背景技術(shù)】
[0002] 赤霉素（gibberellins，GAs)是一種重要的雙萜類植物激素，調(diào)節(jié)植物整個生 命周期不同階段的生長發(fā)育，如種子萌發(fā)、莖桿伸長、葉片伸展、花的發(fā)生以及果實發(fā)育等 (Yamaguchi，2008)。至今，已從不同植物中先后鑒定出130多種結(jié)構(gòu)不同的GA，但其中只有 少數(shù)GA具有生理活性，如GA1、GA3、GA4和GA7等（Yamaguchi，2008)。眾所周知，20世紀(jì) 60年代"綠色革命"即半矮化育種的推廣使得世界糧食產(chǎn)量大幅提高，而發(fā)揮重要作用的小 麥Rhtl (reduced heightl)基因和水稻sdl(semi-dwarfl)基因都與赤霉素有關(guān)（Peng et al. ,1999 ；Sasaki et al. ,2002 ；Spielmeyer et al. ,2002)〇
[0003] 在水稻基因組中存在兩個雙萜類化合物合成的基因簇，分別位于2,4號染色體 上。其中包含了不同類型的CPS和KS合成酶（如0sCPS2、0sCPS4和0sKSL4-7)，它們可 以將GA前體GGPP進(jìn)一步催化成其它分支上的不同植保素 （Swaminathan et al.，2009)。 這些研究結(jié)果都表明在對以GGPP為前體的任何萜類合成途徑分支的操縱都會影響其他的 分支上化合物的合成。GA2ox催化2 β -羥基化使活性GAl和GA4鈍化的GA8和GA34 (圖 1)，可以有效地調(diào)控對擬南芥植株體內(nèi)活性GA濃度，將其過表達(dá)后植株便顯出GA缺失 的矮化表型（Schomburg et al. ,2003)。另有研究發(fā)現(xiàn)，在水稻中存在一條新的GA鈍化 機(jī)制，即EUI (Elongated UppermostInternode)基因編碼一個細(xì)胞色素 P450單氧化酶 (CYP714D1)，可以使活性GA4的16,17-雙鍵發(fā)生環(huán)氧化形成16 α，17-二羥醇進(jìn)而被鈍化 (Nels〇n2004)。水稻eui缺失突變體變現(xiàn)為高桿，特別是倒一節(jié)莖桿內(nèi)積累較多的GA;而過 表達(dá)ΕΠ 水稻株高變矮，體內(nèi)檢測到16 α，17-二羥醇的存在，表明ΕΠ 使活性GA鈍化。另 外，在許多植物中都存在16a，17-二羥醇，這說明ΕΠ 催化的16,17-環(huán)氧化可能是一種普 遍的GA去活化機(jī)制（Luo et al.，2006;Zhu et al.，2006)?？傊参颎A合成和代謝途 徑對活性GA的響應(yīng)，一方面通過改變GA合成反應(yīng)（上下調(diào)合成關(guān)鍵酶基因），另一方面通 過改變GA鈍化反應(yīng)（上下調(diào)鈍化相關(guān)酶基因），來實現(xiàn)植物體內(nèi)活性GA水平的穩(wěn)態(tài)平衡。
[0004] MITEs (mimnature inverted-repeats transposable elements)是植物中重要的 一類轉(zhuǎn)座子在許多真核生物和原核生物基因組中都存在（Feng et al.，2002 ;Feschotte et al.，2002)。MITEs片段較?。ㄍǔ?0-500bp)，而且在基因組中有很多的拷貝，大多數(shù) 都存在于靠近基因附近的非編碼區(qū)（內(nèi)含子，5' -UTRs，3' -UTRs)，可能調(diào)控附近基因 的表達(dá)（〇ki et al. ,2008 ;Piriyapongsa and Jordan, 2008)。與擬南芥不同，在水稻中 MITEs是拷貝數(shù)最高的轉(zhuǎn)座子（Jiang et al.，2004)。MITEs轉(zhuǎn)錄后形成具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的 RNA，可以產(chǎn)生siRNA和miRNA兩類小分子RNA，它是siRNA向miRNA進(jìn)化轉(zhuǎn)變過程的中間體 (Piriyapongsa and Jordan，2008)。水稻中由 MITE 產(chǎn)生的 siRNA441，siRNA446 在水稻響 應(yīng)ABA信號途徑以及干旱、鹽、冷等非生物脅迫時可能作為正調(diào)控因子。它們主要通過降解 靶基因 F-box基因 mRNA來發(fā)揮作用（Yan et al.，2011)。與擬南芥相比，水稻基因組中含 有更加豐富的轉(zhuǎn)座子或重復(fù)序列，并且這些序列存在多數(shù)水稻基因附近。來源于TEs的大 量24-nt siRNA可能通過對旁鄰基因進(jìn)行DNA或組蛋白甲基化表觀修飾來調(diào)控其表達(dá)，最 終精細(xì)地調(diào)節(jié)水稻的整個發(fā)育階段。
[0005] 水稻是我國最重要的糧食作物之一，關(guān)系到我國糧食安全以及人民生活的基本保 障。水稻株型育種一直是現(xiàn)代育種學(xué)家關(guān)注的焦點問題之一。隨著分子生物學(xué)、功能基因 組學(xué)以及高通量測序等手段的廣泛應(yīng)用，TEs產(chǎn)生24-nt siRNA調(diào)控赤霉素代謝相關(guān)基因， 進(jìn)而影響水稻株高的分子機(jī)理研究不斷深入，可以為分子改良作物的重要農(nóng)藝性狀提供了 重要線索和依據(jù)。
[0006] 本研究首次提供了利用水稻特異調(diào)控元件TE培育矮桿水稻的方法，這不僅提供 了一種解決水稻倒伏的方法，而且為解決現(xiàn)代分子設(shè)計育種問題提供了一個切實的方案， 具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明包含了 5個赤霉素代謝相關(guān)基因，旁鄰TEs產(chǎn)生24-nt siRNA能夠表觀調(diào) 控這些基因的表達(dá)，為水稻株高育種提供重要線索和依據(jù)，可作為篩選水稻矮化資源的新 手段。
[0008] 本發(fā)明所提供的水稻株高調(diào)控位點，包括5個赤霉素代謝相關(guān)基因的旁鄰TEs位 點，所述旁鄰MITEs位點的核苷酸序列分別如SEQ IDNO :1、2、3、4、5、6和7所示。
[0009] 其中，序列表中的SEQ ID NO :1為由172bp DNA序列組成的Gaijin/Gaigin-like ΜΙΤΕ類轉(zhuǎn)座子，位于CYP76M7L0C_0s02g36110基因上游-194bp到-23bp，此位點能夠產(chǎn)生 高豐度的24-nt siRNA，可能通過介導(dǎo)表觀修飾調(diào)控旁側(cè)GA合成代謝相關(guān)基因 CYP76M7的 表達(dá)。
[0010] 序列表中的 SEQ ID NO :2 為由 151bp DNA 序列組成的 adh，type D-like MITE 類 轉(zhuǎn)座子，位于0sKSL7L0C 0s02936140基因的+1415bp到+1565bp第2個內(nèi)含子里。此位 點能夠產(chǎn)生高豐度的24-nt siRNA，可能通過介導(dǎo)表觀修飾調(diào)控旁側(cè)GA合成代謝相關(guān)基因 0sKSL7的表達(dá)。
[0011] 序列表中的SEQ ID NO :3為由120bp DNA序列組成的En/Spm-like DNA轉(zhuǎn)座子， 位于0sCPS4L0C_0s04g09900基因上游-1478bp到-1359bp。此位點能夠產(chǎn)生高豐度的 24-ntsiRNA，可能通過介導(dǎo)表觀修飾調(diào)控旁側(cè)GA合成代謝相關(guān)基因0sCPS4的表達(dá)。
[0012] 序列表中的 SEQ ID NO :4 為由 171bp DNA 序列組成的 adh，type D-like MITE 類 轉(zhuǎn)座子，位于CYP99A3L0C_0s04g09920基因上游-1478bp到-1359bp。此