[发明专利]水稻BRD3基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及功能基因组学和植物基因工程领域。具体涉及一种激活标签法克隆的BRD3基因以及利用转基因实验验证该基因；还涉及利用该基因或其同源类似物调控植物株型性状，提高作物产量。

背景技术

水稻是我国播种面积最大、总产量最高的粮食作物，其播种面积和产量均占粮食作物的1/3以上，全国有近2/3的人口以水稻为主食，可以说，稳定了水稻的生产，在很大程度上就稳定了我国的粮食供给。近年来，随着我国经济的发展和城市化进程的加快，水稻种植面积大幅度下降，直接导致我国水稻总产量和稻米库存持续下降。目前我国粮食的供求已处于“紧平衡”状态，随着我国人口的持续增长，对粮食的需求还将进一步增加，因此，发展水稻生产，确保我国的粮食安全已成为当务之急.

稳定粮食生产，一方面要保证粮食种植面积，而另一方面则需要通过科学技术进一步提高单位面积的产量。在水稻育种的发展史上，水稻单产曾经历两次飞跃，第一次是上世纪50年代的矮化育种，它把高秆水稻改变为矮秆水稻。第二次是上世纪70年代的杂交育种，通过亚种间杂交实现了杂种优势的利用。两次飞跃之后，水稻单产长时间停滞不前，始终未取得质的突破。近年来，中国、国际水稻研究所和日本正在积极寻求水稻单产的第3次飞跃，并明确提出了新株型育种在这次飞跃中的重要作用。不管是中国的超级杂交水稻育种计划，还是国际水稻研究所提出的新株型育种策略都是紧紧围绕水稻株型展开的。因此克隆水稻株型相关基因并揭示水稻株型形成的分子调控机理可以促进水稻新时期育种的进程。

油菜素内酯(Brassinosteriods，BRs)是决定水稻生长发育和株型建成的重要因素，体外喷施BR和体内BR含量的变化均能导致水稻株型的变化。研究证明，通过分子操作调控BR在水稻体内的含量、分布和响应可以改善水稻的个体或群体结构，从而显著提高水稻的生物量和产量(Morinaka et al 2006；Sakamoto et al. 2006；Wu et al.2008；Divi & Krishna 2009)，因此深入研究BR的合成、降解和信号传导途径以及生理功能具有十分重要的意义。

油菜素内酯可以促进生长，改变株型，增加生物量，提高植物的抗逆性，实践证明喷施BR可以提高多种作物的产量，但是BR使用易受天气，使用时机和方法的影响，效果不稳定(Divi & Krishna 2009)。而利用分子操作改变BR合成或信号转导中关键基因的表达模式，不仅可以精细调控BR在体内的分布和响应水平，从而达到甚至超过体外喷施的效果，而且还能大大提高劳动效率，节约生产成本。不仅如此，通过分子手段还可以在特定部位降低BR的含量和响应水平，从而最大限度的发挥BR在产量上的贡献。

Morinaka等通过转基因技术在水稻特定部位抑制OsBRIl基因的表达，获得了叶片直立，粒重未受影响的转基因水稻，这些转基因水稻预计在密植条件下相同面积能增产30％(Morinaka et al 2006)。Wu等利用特异性启动子使拟南芥、玉米和水稻(OsDWARF4)的C-22羟化酶基因在水稻根、茎、叶中超表达，获得的转基因水稻穗大粒重，无论在温室还是田间种植情况下，就单株水平比较，转基因植株可以增产15％-40％(Wuet al 2008)。水稻Osdwarf4突变体除了叶直立，比野生型植株稍矮以外，其它表型均正常，Sakamoto等比较了Osdwarf4突变体和野生型植株在密植条件下的地上部分生物量和产量，结果发现突变体在不同施肥条件下生物量和产量均有明显增加(Sakamoto et al 2006)。

GA代谢相关基因的应用引发了农业生产上的第一次绿色革命。鉴于BR在促进生长，调控株型，增加产量，提高抗逆性中的重要作用，随着对BR代谢途径和作用方式的深入研究，并在此基础上实现对BR代谢的精细调控完全有可能带来一场新的绿色革命。

BRD3基因是一个新克隆的参与BR代谢途径的重要功能基因，与OsDWARF4基因和OsBRIl基因不同，BRD3基因参与BR代谢的降解途径，因此更易于实现BR在不同部位的微调。通过转基因技术精细调控BRD3基因在不同部位的表达水平，可以塑造理想的植物株型，增加作物产量。

参考文献：

Divi UK，Krishna P.2009.Brassinosteroid：a biotechnological target for enhancing crop yield and stress tolerance.N Biotechnol26：131-6