[发明专利]一种调控水稻谷粒粒长和粒重的基因Gl3及应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及到一个位于水稻第三染色体着丝粒附近控制谷粒粒长和粒重的主效基因Gl3的基因克隆。利用已发表的QTL定位结果和全基因组关联分析结果相结合，将基因初步定位到第三染色体RM6881与RM6283之间。通过对定位区间中基因功能进行预测，确定一个与植物发育相关的MYB家族基因OsMYB3为候选基因。再利用一个自然群体对该基因进行比较测序和关联分析，确定了该基因在自然群体中的功能。最后，利用RNAi干扰技术，通过农杆菌介导的遗传转化对该基因的功能进行了验证。

背景技术

水稻谷粒的大小是粒重的主要决定因素，而粒重又是水稻产量的三个构成因子之一，因此，谷粒大小是影响产量的重要因素(Xing and Zhang 2010)。另外，与小麦，大麦，玉米等其它粮食作物不同是，水稻的谷粒大小直接展现在消费者面前，是一个重要的稻米外观品质性状，并且不同文化背景的消费者对不同大小的谷粒有偏爱(Fitzgerald et al.2009)。因此，阐明谷粒大小的遗传基础和分子机理有利于同时改良水稻的产量和品质。

水稻谷粒的大小是典型的数量性状，遗传基础比较复杂。利用分子标记技术可以对控制数量性状的QTL(Quantitative Trait Loci)进行分解和定位。利用这种方法，近年来很多研究小组定位并克隆了多个控制谷粒大小的QTLs。例如影响粒宽的基因GW2，qSW5/GW5，GS5(Li et al.2011；Shomura et al.2008；Song et al.2007；Weng et al.2008)，以及一个位于第三染色体着丝粒附近的影响粒长的基因GS3(Fan et al.2006)。除此之外，仍然有许多影响粒形的位于第三染色体的QTL通过近等基因系被定位到(Xing et al.2002；Thomson et al.2003；Li et al.2004)。近年来，随着全基因组测序技术的进步，水稻全基因组关联分析取得了重大突破，定位到了许多与粒形性状相关联的位点(Huang et al.2010；Huang et al.2012；Zhao et al.2011)。这些结果表明，除了已克隆的粒形基因以外，仍然有很多控制粒形的主效基因存在。本发明所涉及的Gl3基因，是位于第三染色体的第二个粒形基因，编码一个与植物种子发育相关的MYB转录因子，发明人利用图位克隆基因定位、关联分析以及遗传转化相结合的方法分离克隆了该基因。Gl3遗传效应显著，对于水稻产量和品种性状的改良具有巨大的应用潜力和前景，为水稻的产量和品质育种提供新的基因资源。

发明内容

本发明从水稻中分离克隆一个第三染色体上控制谷粒粒长、粒重的主效基因，利用这个基因能改良水稻产量和品质，申请人将该基因命名为Gl3(Grain length3)基因。

本发明利用三个研究小组已发表的第三染色体上粒形基因QTL的定位结果，并与已发表的全基因组关联分析结果中第三染色体上与粒形相关联的位点结合，将Gl3初步定位在GS3基因的下游，标记RM6881和RM6283之间，通过对这个区间17.7kb范围内2个基因的功能预测，确定了其中一个含有完整的R2R3型的MYB结构域的基因(LOC_Os03g29614即OsMYB3)为候选基因。该候选基因共编码342个氨基酸，相对于“川7”基因型，“南洋占”基因型在终止密码处发生了一个12bp的插入，导致其终止密码处7个氨基酸的改变和20个氨基酸的缺失。通过对一个含有118份常规品种的自然群体进行比较测序发现该基因在籼稻品种含有两种基因型，关联分析发现含有这两种基因型的品种间其粒长有极显著差异。并且，利用RNAi干扰技术，通过农杆菌介导的遗传转化，发现该基因表达量的降低能够使转化受体水稻“中花11”的粒长从7.85mm增长到9.60mm；千粒重从28.33g增加到34.11g。达到极显著的差异。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

(1)本发明在水稻中克隆了调控水稻谷粒长和粒重性状的主效基因Gl3及其等位基因Gl3-NYZ，为水稻的高产优质育种提供了新的基因资源；

(2)本发明结合基因定位，关联分析和遗传转化的方法，快速高效克隆基因，为其它作物中克隆相关基因提供了技术借鉴。

附图说明

SEQ ID NO：1是Gl3基因的核苷酸序列，序列全长为5097bp。

SEQ ID NO：2是Gl3基因的蛋白质的氨基酸序列，编码342个氨基酸。