[发明专利]LR2基因调控水稻茎厚、抗折力及其在抗倒伏中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及LR2基因调控水稻茎厚、抗折力及其在抗倒伏中的应用。分离了影响水稻抗倒伏基因LR2及其等位基因，LR2基因的序列如SEQ ID NO：1所示，LR2等位基因的序列如SEQ ID NO：3所示。在水稻野生型品种“93‑11”和“93‑11”突变体M18中，对LR2相应的基因组比较测序，发现两份材料间存在1个碱基差异，位于编码区第四个外显子上，发生了由C到T的碱基置换，导致1个氨基酸变化。利用转基因获得了LR2基因敲除的水稻植株，转基因植株表现出比对照茎秆壁增厚和基部节间抗折力增大的表型，提高了抗倒伏能力。这些性状变化与“93‑11”诱变突变体M18非常吻合。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及LR2基因调控水稻茎厚、抗折力及其在抗倒伏中的应用。

背景技术

随着世界人口的不断增长，保持粮食的稳产和增产显得尤为重要。倒伏是影响水稻稳产、高产的主要限制因素之一。倒伏大多是由外界因素引发，指植株茎秆从自然直立状态到永久错位的现象，是作物生产中普遍存在的问题。随着超高产水稻品种的选育，直播、密植技术的推广以及化肥施用量的增加,倒伏问题日趋严重。茎秆作为植株的支撑,其物理性状是影响倒伏的重要因素之一。倒伏不但直接导致水稻产量的严重损失，还可降低水稻品质，并因采收难度增加而提高生产成本。

相关研究表明，影响倒伏的水稻自身的因素主要有水稻株型、茎秆结构、细胞壁化学成分等。也克隆了很多株高相关基因，包括sd1。20世纪60年代，以作物矮化育种为目标的绿色革命使得矮秆基因sd1被广泛用于水稻抗倒伏品种的选育，曾为解决水稻倒伏问题发挥了关键作用。在控制水稻茎秆强度的相关基因中，LP/EP3编码一个F-box蛋白质，该蛋白可能影响了SC'F复合体调节细胞分裂素氧化酶形成的蛋白水平，因突变后水稻茎壁加厚，茎秆的机械强度增大；另一个编码F-box蛋白的基因Os11P01也正调节水稻维管束和一次枝梗数目的形成。另外，SCM2也能增强茎秆强度。水稻小器官突变体smos1(small organ size1)的相关研究发现，该突变体的茎壁厚度对水稻抗倒伏起重要作用。SMOS1基因编码一个AP2型转录因子，能依赖生长素调节细胞的伸展，突变后细胞的延展能力下降而数目增多，并且茎壁的厚度与直径显著增加，从而增大了茎秆抗折力。目前，SMOS1基因己被用于厚茎粗秆型抗倒伏水稻品种的选育。水稻茎秆下部节间抗压相关的主效QTL prl5可以减缓作物生长后期叶绿体退化，使茎鞘中碳水化合物得到重新积累而增强茎秆强度；另一个与水稻茎秆上部节间抗压力相关QTL Lrt5能使水稻倒2叶的叶绿体数量增加，进而提高上部茎秆的淀粉含量，从而表现为茎秆抗压力增强。另外，一些调控纤维素合成的基因与茎秆抗折力也密切相关。如今，在水稻中已经鉴定和克隆的相关基因有十多个，如bc1、bc2、bc3、bc6、bc12等。

本发明利用水稻品种“93-11”甲基磺酸乙酯(Ethyl methyl sulfonate，EMS)诱变突变体M18与“93-11”回交构建F₂群体，茎壁厚度和抗折力出现分离，具体为茎壁薄抗折力小与茎壁厚抗折力大株数符合3：1分离。以此分离群体构建极端表型池，利用MutMap策略，最终将这个同时控制水稻茎秆壁厚度和抗折力的多效性基因LR2克隆。它的克隆将有助提高水稻的抗倒伏性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，克隆了一个控制水稻茎秆壁厚和抗折力的多效性基因，申请人将该基因命名为LR2。这个基因在一定程度上增加水稻茎秆壁厚和提高抗折力，大幅度提高水稻抗倒伏能力，具有较好的生产应用前景。

本发明涉及分离和应用一个编码Remorin的水稻抗倒伏相关基因LR2的DNA片段或其编码的蛋白质序列。其中，所述的相关片段(序列)如序列表SEQ ID NO:1-4所示，或者基本上相当于SEQ ID NO:1-4所示的高度同源DNA或蛋白质序列，或者其功能相当于SEQ IDNO:1-4所示序列的部分片段。

本发明通过以下技术方案实现：