[发明专利]一种分离自水稻WZ1中的GL1基因及其在增加水稻粒长中的应用

说明书

本发明属于植物功能基因组和基因工程技术领域，具体涉及一种分离自水稻WZ1中的GL1基因及其在增加水稻粒长中的应用。申请人利用图位克隆法自水稻品种WZ1中分离克隆一个控制水稻谷粒长度的主效基因GL1，序列为SEQ ID NO.1所示，将该基因在短粒水稻中过表达，可显著增加短粒水稻的粒长和粒重，为水稻的产量和品质育种提供新的基因资源。

技术领域

本发明涉及植物功能基因组和基因工程技术领域，具体涉及一种分离自水稻WZ1中的GL1基因及其在增加水稻粒长中的应用。

背景技术

水稻是最重要的粮食作物和高等模式生物之一。水稻种子大小(粒形)是一个重要的产量、外观品质、驯化、育种和器官形状发生与发育的靶标性状，同时种子大小蕴含产量与品质、种子(形状)发生与发育等关键科学问题，并且对其研究很符合国家战略需求。随着分子设计育种的兴起，这就要求我们更好的发掘粒形基因。对调控种子大小的基因进行分离克隆和功能性遗传变异的挖掘，不仅有利于增强对种子大小分子调控机制的认识，为阐明种子大小自然变异的分子机制提供理论依据，而且有利于开发功能性分子标记，用于水稻种子大小和千粒重的分子标记辅助选择育种中(Fan等,2009,Theor.Appl.Genet.118:465-472；Wang等,2011,Theor.Appl.Genet.122:905-913)。通过对已克隆的水稻种子大小基因的分析发现，粒长基因GS3，粒宽基因qSW5/GW5、GS5和OsSPL16/GW8的功能性等位基因是普遍存在的，而粒长基因qGL3/GL3.1/qGL3-1和GS2/OsGRF4，粒宽基因GW2的功能性等位基因则十分稀有(Fan and Li,2019,Mol.Breeding 39:163–187；Lu等,2013,NewPhytol.200:1269-1280)，说明控制水稻种子大小基因的功能性等位基因在水稻核心种质中具有普遍性和稀有性之分。因此，阐明稻米粒形的遗传基础和分子机理有利于稻米品质的遗传改良。

粒长遗传比较复杂，是典型的数量性状。利用分子标记技术可以对控制数量性状的QTL(Quantitative Trait Loci)进行定位和分解，将复杂的数量性状分解为简单的孟德尔因子来进行研究。利用这种方法，近年来已经克隆了许多稻米重要农艺性状的QTL基因，而本发明中利用连锁分析和图位克隆，用9311/WZ1的F₂群体和F₃的重组单株成功克隆到了GL1。

在遗传上，QTL与控制质量性状的基因一样会通过遗传重组进行分离，差异只是遗传效应的大小方面，因此QTL同样可以进行精细定位。但在初级群体中QTL与其它许多非QTL位点一起同时发生分离，这些非QTL位点和环境因素一样都会对QTL的表型性状产生极大的干扰作用。因此，在利用初级群体进行QTL定位时，QTL的置信区间通常在10cM以上(Darvasi等,1992,Theor.Appl.Genet.85:353-359)，很难确定检测到的一个主效QTL到底是一个还是多个微效QTL(Yano and Sasaki,1997,Plant Mol.Biol.35:145-153)。因此有必要在初级定位的基础上，对QTL进行高分辨率的精细定位(1cM)。通常，用于QTL精细定位的最好办法就是构建含有目标QTL的染色体片段替代系(Chromosome segment substitution line，CSSL)或近等基因系(Nearly isogenic line，NIL)等次级定位群体(Secondarypopulation)，使群体中只有单个的QTL位点发生分离，极大限度地减少了个体间由于遗传背景和环境不同造成的对目标性状产生的干扰，使该位点表现为简单的孟德尔因子遗传，从遗传和统计上为QTL的精细定位创造便利条件。这种方法已经在许多QTL的精细定位和基因克隆研究中发挥了重要的作用(Yano等,2000,Plant Cell 12:2473-2484；Frary等,2000,Science 289:85-88)。

本发明利用图位克隆法自水稻品种WZ1中分离克隆一个控制水稻谷粒长度的主效基因GL1，为水稻的产量和品质育种提供新的基因资源。

发明内容