[发明专利]GY3基因在控制水稻每穗颖花数和单株产量中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程领域。具体涉及GY3基因在控制水稻每穗颖花数和单株产量中的应用。该基因位于水稻第3染色体长臂末端，控制水稻每穗颖花数性状功能。该基因编码区的序列如SEQ ID NO：1所示，蛋白质序列如SEQ ID NO：2所示。该基因的等位基因其编码序列如SEQ ID NO：3所示。GY3基因启动子中反转座子插入序列如SEQ ID NO：4所示。比较测序证明，在广亲和粳稻02428和籼稻特青的启动子中存在一个3882bp的反转座子插入，导致02428表达量降低，引起02428等位基因型增产。超表达植株的每穗颖花数和产量显著下降。与NIL‑02428中GY3低表达增产作用相吻合。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及GY3基因在控制水稻每穗颖花数和单株产量中的应用。本发明对位于水稻第3染色体长臂末端一个控制水稻每穗颖花数基因GY3进行了分离克隆、功能验证以及作为水稻骨干品种产量性状改良中的应用。

背景技术

水稻是人类重要的粮食作物，而随着人口的增长和生活水平的提高以及城市化导致可耕种面积不断减少，对水稻产量的增长提出严苛的需求，因此，水稻产量的遗传改良一直是育种的重要目标。水稻产量主要由单株产量决定，每穗粒数、千粒重和分蘖数之积构成单株产量，同时，抽穗期的长短决定了品种的地区适应性，而适宜的株高在保证尽量高的生物量的同时抗倒伏，从而保证水稻产量的稳定。

水稻中已经克隆了众多影响产量的基因。Gn1a(Ashikari M等，Cytokininoxidase regulates rice grain production,Science,2005,309:741-745)是日本人克隆的一个影响产量的基因，编码细胞分裂素氧化酶OsCKX2，可以促进细胞分裂素的降解，突变后细胞分裂素得到积累从而增加产量。Huang等(Huang X等，Natural variation at theDEP1locus enhances grain yield in rice,Nat Genet,2009,41:494-497)克隆了一个直立穗基因DEP1，它编码一个未知的磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)，通过调控OsCKX2的表达来影响分生组织的活性和细胞的分裂增殖，该基因突变能促进细胞分裂，使稻穗变密、枝梗数增加、每穗籽粒数增多。Zha等(Zha X等，Over-expression of the rice LRK1geneimproves quantitative yield components,Plant Biotechnol J,7:611-20)克隆一个富含亮氨酸重复受体样激酶基因LRK1，LRK1是一个质膜蛋白，在幼穗中组成型表达，过表达该基因可以增加每穗颖花数。理想株型基因OsSPL14编码类Squamosa启动子结合蛋白并受micro-RNA OsmiR156的调控，在营养生长期，OsSPL14控制水稻分蘖；在生殖生长期，OsSPL14的高表达促进了穗分支，研究表明OsSPL14的一个点突变扰乱了OsmiR156对OsSPL14的调控，OsSPL14突变后，使得水稻分蘖减少、穗粒数和千粒重增加，同时茎秆变得粗壮，抗倒伏能力增强，进而提高产量(Jiao Y等，Regulation of OsSPL14byOsmiR156defines ideal plant architecture in rice,Nat Genet,42:541-544)。另外一些基因，具有多效性，例如Ghd7(Weiya Xue等，Natural variation in Ghd7is animportant regulator of heading date and yield potential in rice,Nat Genet,2008,40:761-767)、Ghd8(Wenhao Yan等，A major QTL,Ghd8,plays pleiotropic rolesin regulating grain productivity,plant height,and heading date in rice,Molplant,2011,4:319-330)、Ghd7.1(Wenhao Yan等，Natural variation in Ghd7.1plays animportant role in grain yield and adaptation in rice,Cell Res,2013,23:969-971)等具有增加产量和株高的作用，但是他们都需要以延长生育期为代价。