[发明专利]OsSPL3在控制水稻不定根发育中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程领域。本发明涉及一种正向遗传学途径克隆的水稻OsSPL3(SQUAMOSA PROMOTER‑BINDING PROTEIN‑LIKE3)基因，以及转基因回复鉴定该基因；通过不同位置突变该基因也可抑制水稻不定根的发育；还涉及利用该基因产物调控水稻不定根发育从而调控水稻产量的利用。本发明公开了水稻OsSPL3基因的用途：用于改良植物根系构型；水稻OsSPL3基因的核苷酸序列如Seq ID No.1所述。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体的说，本发明涉及一种正向遗传学途径克隆的水稻OsSPL3(SQUAMOSA PROMOTER-BINDING PROTEIN-LIKE3)基因，以及转基因回复鉴定该基因；通过不同位置突变该基因也可抑制水稻不定根的发育；还涉及利用该基因产物调控水稻不定根发育从而调控水稻产量的利用。

背景技术

随着全球气候变化、水资源匮乏和化学肥料污染等非生物胁迫的增加，水稻产量受到严重的威胁。通过改造水稻根系构型(root system architecture,RSA)，改变根系在土壤中的分布，发展出高效吸收水肥的理想根系构型是降低这一影响的有效途径(Rogersand Benfey,2015)。同时，水稻根系构型影响水稻在土壤中的固着，影响水稻根际微生物群落的建立，进而影响水稻产量。因此，克隆并研究控制水稻RSA的基因，揭示水稻不定根的发育机制，对于水稻的理论研究、农业和世界食品安全有着深远的影响。

水稻是禾本科植物，具有典型的须根系。和直根系植物不同，水稻种子根在发育后期停止生长，水分和养分的吸收主要通过茎节间长出的大量不定根完成。因此，不定根的数目和角度很大程度决定了水稻的根系结构。水稻不定根的发生是在茎基部维管束外围一圈紧邻最内层基本分生组织的细胞，这些细胞经过首次分裂产生新的不定根原基，进一步分裂产生不定根(Itoh et al.,2005)。

在水稻生长素信号通路中，FISH BONE(FIB)基因编码色氨酸氨基转移酶，为生长素合成的关键基因，FIB突变导致生长素合成受阻，水稻不定根的发生严重受阻(Yoshikawaet al.,2014)。拟南芥AtGNOM同源基因OsCRL4/OsGNOM1通过影响生长素极性运输载体影响不定根的发育。OsCRL4/OsGNOM1突变会导致生长素输出载体基因OsPIN2，OsPIN5b和OsPIN9的表达量发生变化，影响PIN蛋白分布，进而调节水稻茎基部生长素的梯度分布，该梯度分布对水稻不定根的形成至关重要。crl4/gnom1突变体表现为不定根减少，侧根减少，向地性缺失等特征(Kitomi et al.,2008；Liu et al.,2009)。生长素运输载体调控生长素的梯度分布，影响拟南芥侧根和水稻不定根的发育。OsPIN1蛋白作为生长素输出载体，通过调节生长素的运输影响水稻不定根的发育，OsPIN1表达量降低后水稻不定根的发育受阻(Xu etal.,2005)。在生长素受体中，OsTIR1和OsAFB2作为拟南芥生长素受体同源基因，转录水平受OsMir393的负调控，过表达OsMir393降低OsTIR1和OsAFB2的表达量，导致水稻不定根数的减少(Bian et al.,2012；Guo et al.,2016)。在生长素信号通路中，生长素信号的传递依赖于Aux/IAA家族基因的降解，其中OsIAA3功能获得性突变体OsIAA3降解发生异常，突变体表现为不定根减少，向地性缺失等表型。OsIAA3功能获得性突变体中OsARL1/OsCRL1的表达受到了抑制，表明OsIAA3抑制不定根的发育可能是通过LOB型转录因子途径发挥作用的(Nakamura et al.,2006)。OsARL1/OsCRL1编码植物特异性表达的ASYMMETRIC LEAVES2/LATERAL ORGAN BOUNDARIES(AL2/LOB)家族蛋白，该蛋白主要在冠根和侧根的起始部位表达。在根尖，该基因的表达部位和DR5表达部位一致，外源生长素处理可以诱导OsARL1/OsCRL1的表达。arl1突变体与野生型植株相比，地上部分并没有太大差异，但是地下部分表现为独根表型和向地性缺失等。实验证明OsARL1/OsCRL1直接受OsARF调控(Inukai etal.,2005；Liu et al.,2005)。CRL6编码CHD类蛋白，与生长素信号通路有关，该基因突变导致水稻不定根减少(Wang et al.,2016)。OsCAND1是拟南芥AtCAND1的同源基因，OsCAND1与生长素信号相关，OsCAND1突变导致细胞分裂周期G2/M转化期的停止，水稻不定根原基生长异常(Wang et al.,2011)。