[发明专利]水稻SNB基因及应用、调控籽粒大小的方法

说明书

本发明涉及到一种利用和改造水稻SNB基因来调控种子大小，其中，SNB基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其应用点在于通过改变或改造SNB基因的表达来调控种子大小，具体为：超表达全长SNB基因如SEQ ID NO.1，突变SNBm2基因如SEQ ID NO.5，达到显著减小种子大小；通过CRISP/CAS9技术手段在第一外显子（EXON1）序列的5’端400bp‑500bp区内插入缺失造成基因提前终止如SEQ ID NO.7，或过量表达突变SNBm1基因如SEQ ID NO.3，达到显著增加种子大小，从而表明SNB编码的蛋白质在调控水稻种子大小的重要作用，同时也提供了一种新的提高水稻产量遗传改良的方法。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及水稻SNB基因在调控种子大小的应用。

背景技术

水稻是世界上重要的粮食作物之一，全球有122个国家种植水稻，供养着全球超过23%人口。我国是一个农业大国和人口大国，不仅稻谷是我国的主粮，稻谷的生产也是我国的主要农业活动，因此提高水稻的产量对保障我国粮食安全具有重要意义。

粒重、穗粒数和有效穗数是水稻产量三要素。谷粒重量作为产量的三要素之一，是一个重要的产量性状，它是谷粒长、粒宽与粒厚的综合指标，一般以千粒重表示。粒重与谷粒大小紧密相关，是一个极为重要的品质性状。谷粒重量或谷粒大小在禾谷类作物进化上也具有重要的意义，由于小粒种子生活力较低、机械收获难度大。在水稻的驯化过程中人们趋向于选择大粒的品种进行栽培，逐步形成了栽培种比它们的野生亲缘种籽粒偏大的状况。同时菲律宾国际水稻研究所也认为，提高粒重可以增产30%以上（马丽莲等，水稻大粒种质资源和遗传分析，植物学通报，2006, 23 (4): 395-401），培育大粒水稻品种也是当前水稻育种的一个重要方向。

水稻粒型大小性状是复杂的数量性状，对粒型数量性状进行QTL遗传剖析的努力持续超过30年，随着近代分子技术的进步，在调控水稻粒型主效基因的克隆和功能分析取得了较大进展。影响粒型的基因大致分为3类，第一类表型基本是籽粒变短，植株变矮，叶倾角变小，如D1、D2、D11等；第二类表型为小而圆的粒型，植株变矮，主要分布与粳稻，如SRS1、SRS2、SRS5等；第三类为主要在穗部表达，如GS3、GW2、GW5等（Huang et al. Genetic basesof rice grain shape: so many genes, so little known. Trands in plant science,2013, 18(4):218-226）。前两类对植株生长发育影响较大，在生产中利用价值受到影响，第三类由于对整个植株的生长发育影响小，主要影响种子大小和性状，被认为育种应用潜力较大。

将种子性状进一步分解，可分解为谷粒长、粒宽与粒厚3个指标，其中粒厚遗传影响很小，粒形主要受粒长和粒宽控制。分解后发现GS3、qGL3/gl3.1、TGW6、PGL1/2均是调控粒长的主效基因，而GW2、GW5/qSW5、GW8、GS5、GS6、HGW为调控粒宽的主效基因，也发现同时影响粒长和粒宽的主效基因，如SMG1、GL7/GW7和GS2/GL2（朱业宝等，水稻粒形调控基因的互作及其驯化研究进展。福建农业学报，2016，31（1）：95-101）。这些基因编码蛋白既有转录因子，也有激酶、磷酸酶、E3泛素连接酶和其他活性酶等，这些基因之间也存在着复杂的相互调控关系，表明水稻的粒型调控涉及多个基因调控，是典型的复杂性状。尽管在粒型研究上取得了这些研究进展，但认为对粒型的研究仍存在许多未知因子待了解，同时有利于株型改良提高产量的新基因仍有待发掘。