[发明专利]一种控制水稻叶片直立性发育的基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体涉及一种控制水稻叶片直立性发育的基因，采用反向遗传学的方法，从水稻叶片、叶枕特异基因表达芯片分析中筛选特异在叶枕部位表达的基因，利用pCYCU4-GUS转基因系证明CYC U4；1的启动子特异在叶枕处表达；通过转基因提高CYC U4；1的表达量和RNAi技术降低CYC U4；1的表达量均证明CYC U4；1基因为控制水稻叶片直立性发育的基因。本发明还涉及含有该基因或其同源基因的载体和涉及利用该基因或其功能类似物调控植物叶片直立性在农业生产中的应用。

背景技术

作物的株型发育是高产育种的关键性状。叶片直立性(茎叶夹角的大小)是株型发育的重要性状之一，合适的茎叶夹角能使我们通过提高作物的田间种植密度，进而促进光能利用率，增加作物产量(Sakamoto et al.,2006；Sinclair et al.,1999)。叶枕是影响叶片直立性发育的关键部位，叶枕的发育程度直接影响茎叶夹角的大小。因此，发现和利用影响叶片直立性(茎叶夹角大小)的关键基因的最终目是改进水稻株型，促进分子设计育种，提高水稻单位面积产量。

单子叶植物的叶枕部位是连接叶片和叶鞘的中间枢纽，是形成茎叶夹角的基础结构。叶枕作为机械组织，当叶片和叶鞘伸长完毕后，促使叶片向远轴方向弯曲,所以叶枕区域的发育与叶片直立性密切相关(Hoshikawa,1989)。油菜素甾醇的合成和信号通路在调控单子叶植物茎叶夹角发育中具有重要而独特的作用，但其下的细胞学和分子机制还不清楚。已报道的BR合成相关的突变体d2、dwarf4、,d11和brd2均表现为茎叶夹角变小，叶片直立(Li et al.,2013；Hong et al.,2003,2005；Tanabe et al.,2005)。BR信号通路中的正调控因子的缺失突变体也表现为茎叶夹角变小，叶片直立。如受体突变体d61，dlt,d1和tud1(Yamamuro et al.,2000；Tong et al.,2012；Oki et al.，2009；Hu et al.,2013)。利用同源克隆的方法得到的OsBAK1、OsGSK2的转基因植株的茎叶夹角大小也发生变化(Li et al.,2009；Tong et al.,2012)。利用RNAi技术抑制水稻BR信号通路下游的正调节因子OsBZR1基因的表达，也会促进叶片直立(Bai et al.,2007)。而BR信号通路的负调节因子LIC的功能获得型突变体lic-1也表现为茎叶夹角变小，叶片直立(Zhang et al.,2012)。而被OsBZR1调节的ILI1的功能获得型突变体ili1-D,由于BR信号被放大，则表现为叶夹角增大(Zhang et al.,2009)。另外，水稻OsBZR1的靶基因OsIBH1也直接参与了对水稻叶片直立性的调节(Zhang et al.,2009)；外施BR处理导致野生型和BR合成途径突变体的叶片倾角变大，而BR信号突变体如受体突变体d61的叶片倾角几乎不受外源BR的影响。

除了油菜素甾醇途径，其他信号途径也参与了茎叶夹角的调控。虽然BR相关途径基因在参与调控水稻叶片倾角变化方面具有显著作用，但是还存在其它独立途径参与此生物性状的调控。负调控赤霉素(GAs)信号的基因SPINDLY(SPY)的表达量下降后茎叶夹角增大(Shimada et al.,2006)。而生长素信号途径负调节因子Aux/IAA家族成员OsIAA1过表达植株茎叶片夹角变大(Song et al.,2009)。调控生长素体内平衡的编码生长素偶联氨基酸的合成酶基因LC1通过调节叶枕部位细胞伸长决定水稻叶夹角大小(Zhao et al.，2013)。水稻rice leaf inclination2(LC2)，一个VIN3-类似蛋白，突变后也能使茎叶夹角变大(Zhao et al.，2010)。MAPKKK家族C组成员的基因ILA1在叶枕的维管束中高表达，其基因T-DNA插入突变引起叶枕部位细胞壁主要成分纤维素和木聚糖含量下降，从而导致叶枕部位机械强度降低，叶夹角增大(Ning et al.，2011)。水稻中Loose Plant Architecture1(LPA1)基因的突变体lpa1表现为株型松散，其分蘖角和茎叶夹角均增大(Wu et al.,2013)。