[发明专利]调节植物种子发育的基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术工程领域，更具体地，本发明涉及一种调节植物种子发育的基因及其应用。

背景技术

水稻等禾本科植物是人类重要的粮食作物之一，其耕种与食用的历史都相当悠久。稻米不仅营养价值高(包含了糖类、蛋白质、钙、磷、维生素B群)而且淀粉粒小且纤维素含量少，使其独具口感好又便于人体消化的优点。为了应对由全球人口的持续增长和生态环境恶化造成的全球性粮食短缺问题，育种家们致力于改良作物培育稳定高产的新品种。粒重作为水稻产量的三个主要因素之一(包括：每株有效穗数、每穗粒数和粒重)由粒长、粒宽和粒厚决定的，人们希望通过分析利用水稻种子大小的调控机理以有效地提高育种家门培育稳定高产作物的效率。另有充分的证据表明种子的大小与植物生长的许多方面，例如与小粒种子相比大粒品种在苗期能忍受更大的压力，而小粒品种在给定同样的能量下能结出更多的种子。尽管研究者认识到种子大小的发育不仅由内在的发育信号所控制，且经常受到外界环境信号的影响。但是目前对其中的分子机制知之甚少，因此探索决定植物种子大小和重量的遗传发育和分子机制具有重要意义。

近十多年来，研究者们利用图位克隆技术发现了一些与种子大小性状紧密相关的主效QTL。在水稻中，已经鉴定了GS3、GIF1、GW2、GW5和GW8五个控制谷粒大小的基因：GS3控制谷粒长度和重量，编码GS3转膜蛋白；GW2控制谷粒宽度和重量，编码环指泛素连接酶E3；GIF1控制谷粒充实度，编码细胞壁转化酶；GW5和GW8控制谷粒宽度和重量，编码多聚泛素结合核蛋白和转录因子。另有DNA METHYLTRANSFERASE1(MET1)和DECREASEIN DNA METHYLATION1(DDM1)突变急剧减少DNA甲基化，导致亲本效应影响种子大小。

随着是一类重要的small RNAs(sRNAs)分子—microRNAs(miRNAs)在禾本科植物中的发现，越来越多的证据表明不仅这些编码的蛋白产物的QTL基因可以影响了水稻的产量性状，miRNAs也被报道直接或间接地参与种子大小的调控。在水稻中过量表达OsmiR397会降低靶基因LAC的蛋白产物从而增大种子大小有效提高了水稻产量。玉米中也报道了与miR156相近的ZmmiR529调控靶基因TASSELSHEATH4控制分生组织建成影响籽粒发育。

miR156是一类广泛存在于绿色植物中的高度保守的小RNA。尽管目前尚未有其调控植物种子大小的证据，但是在多个物种中都已明确报道其靶向的SPL基因家族对花序及种子发育的调控作用。Shaokui Wang等人发现的控制水稻粒宽及产量的重要数量形状基因GW8-SPL16为OsSPL16家族成员。另有研究表明对于玉米花序形态建成具有重要作用的TEOSINTE GLUME ARCHITECTURE(TGA1)基因也隶属SPL家族。尽管这些证据提示miRNAs对植物种子发育具有重要作用，但相较于编码基因人们对二者的联系仍然知之不多。因此，本领域有必要进一步研究与种子发育相关的小RNA。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节植物种子发育的基因及其应用。

在本发明的第一方面，提供一种提高植物产量、增大植物种子、增大植物种子颖壳或增加植物分蘖数目的方法，所述植物是禾本科植物，所述方法包括：上调植物中miR535基因或其前体的表达(即：使之过表达)。

在一个优选例中，所述的禾本科植物包括(但不限于)：水稻、小麦、玉米、黑麦、高粱。

在另一优选例中，所述的miR535基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示；或

所述的miR535前体的核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示。

在另一优选例中，所述上调植物中miR535基因或其前体的表达包括：将表达miR535基因或其前体的载体转入植物中。

在另一优选例中，所述方法包括：利用农杆菌转化法将表达miR535基因或其前体的载体转入植物中。

在另一优选例中，所述方法包括：

(1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有能够在细胞内形成miR535前体的序列；

(2)将植物细胞、组织或器官与步骤(1)中的农杆菌接触，从而使所述能够在细胞内形成miR535前体的序列转入植物；和

(3)选择出转入了能够在细胞内形成miR535前体的序列的植物；

较佳地，所述的能够在细胞内形成miR535前体的序列的核苷酸序列如SEQID NO:2所示。