[发明专利]ER1-MAPK-DST分子模块及其在植物穗粒数改良中的应用

说明书

本发明揭示了一种新型基因ER1，其可以调控植物籽粒性状以及激素性状，是一个具有潜力平衡植物籽粒数量和形态的遗传改良基因。本发明还揭示了包含ER1的新型ER1‑MAPK‑DST信号通路及其在植物穗粒数和激素性状改良中的应用。本发明披露了类受体激酶信号通过调控细胞分裂素代谢参与植物每穗粒数发育的新机制，对于植物性状的遗传改良具有重要的理论意义。

技术领域

本发明属于植物学和分子生物需领域，更具体地，本发明涉及一种新型ER1-MAPK-DST分子模块及其在植物穗粒数改良中的应用。

背景技术

随着世界范围内人口数量的不断增长以及全球生态环境的逐渐恶化，粮食短缺已经成为一个日益严重的世界性问题，预计到2050年全球人口将达到90亿，这要求世界粮食作物的产量要大幅度提升。因此，传统遗传育种的方法已经不能满足这一需求，利用现代分子遗传学的理论方法深入研究作物产量形成的分子机理可以帮助人们最大程度地提高作物的产量，从而满足人口增长的迫切需要。

禾本科植物水稻是世界上最重要的粮食作物之一，而且也已经被发展成植物科学研究中重要的模式植物。水稻种子的每穗粒数和粒重性状是决定水稻产量的三个主要因素(即每株有效穗数、每穗粒数和粒重)中的两个要素，而粒重是由水稻种子的粒长、粒宽和粒厚决定的。

到目前为止，人们克隆鉴定到的控制水稻穗粒数的基因还相对较少，对于穗型发育和每穗粒数形成的分子遗传机制还不是很清楚。因此，通过分子遗传学方法揭示水稻穗粒数发育的分子调控机理不仅具有重要的生物学意义，而且可以为作物产量的遗传改良提供新的基因资源和理论基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的分子靶标，其可被应用于调节作物籽粒性状或细胞分裂素水平；以及，提供一种新型ER1-MAPK-DST分子模块及其在植物穗粒数改良中的应用。

在本发明的第一方面，提供一种调节植物籽粒性状或细胞分裂素水平的方法，包括：调节植物中ER1的表达或活性；或调节植物中ER1-MAPK-DST信号通路；其中，所述籽粒性状包括：籽粒数，粒长，粒宽。

在一个优选例中，所述调节植物籽粒性状包括：(a)上调ER1的表达或活性(较佳地在低表达ER1的植物中进行上调)，从而减少植物的籽粒数，增加粒长，降低粒宽和/或降低细胞分裂素水平；或(b)下调ER1的表达或活性，从而增加植物的籽粒数，减小粒长，增加粒宽和/或提高细胞分裂素水平；(c)上调ER1-MAPK-DST信号通路，从而减少植物的籽粒数，增加粒长，降低粒宽和/或降低细胞分裂素水平；或(d)下调ER1-MAPK-DST信号通路，从而增加植物的籽粒数，减小粒长，增加粒宽和/或提高细胞分裂素水平。

在另一优选例中，上调ER1的表达或活性包括：将ER1的编码基因或含有该编码基因的表达构建物或载体转入植物中；对ER1进行功能获得性突变；以表达增强型启动子或组织特异性启动子促进ER1表达；或，以增强子促进ER1表达。

在另一优选例中，下调ER1的表达或活性包括：在植物中敲除或沉默ER1的编码基因，或抑制ER1的活性；较佳地，包括：以特异性干扰ER1的编码基因表达的干扰分子来沉默ER1，以CRISPR系统进行基因编辑从而敲除ER1的编码基因，以同源重组的方法敲除ER1编码基因，或在含有ER1的植物中将ER1进行功能丧失性突变。

在另一优选例中，上调ER1-MAPK-DST信号通路包括：上调ER1的表达或活性，从而促进MAPK的磷酸化、促进DST磷酸化；较佳地，在促进DST磷酸化后，还包括增强CKX2的转录活性；较佳地，所述MAPK(较佳地为其MPK6)作用于DST的88位、103位、112位或274位苏氨酸，从而促进DST磷酸化。

在另一优选例中，下调ER1-MAPK-DST信号通路包括：下调ER1的表达或活性，从而减弱MAPK的磷酸化、减弱DST磷酸化；较佳地，在减弱DST磷酸化后，还包括减弱CKX2的转录活性。