[发明专利]水稻PAL1基因及其编码蛋白与应用

说明书

本发明涉及基因工程领域，具体涉及水稻PAL1基因及其编码蛋白与应用，所述水稻PAL1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，所述水稻PAL1蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。该基因的突变导致水稻株高降低，穗长降低，同时一级枝梗数、二级枝梗数和穗粒数减少。通过转基因技术发现，PAL1基因可以使突变体穗型恢复至正常表型。本发明发现了具有调控水稻穗长功能的PAL1基因及其编码蛋白，而水稻穗型是影响水稻产量的重要性状，因此利用PAL1基因对水稻穗部性状进行调控，有望对株型进行定向设计，以提高水稻产量。

技术领域

本发明属于基因工程领域，具体地说，涉及水稻PAL1基因及其编码蛋白与应用。

背景技术

水稻(Oryza sativa L.)是我国重要的粮食作物之一，其产量和品质直接影响着我国粮食安全和人民生活水平。水稻穗型一直是水稻遗传与育种研究的重要内容之一，是影响水稻产量的重要性状。稻穗结构为圆锥花序，其组成包含主轴、一级枝梗、二级枝梗以及着生在枝梗上的小穗。根据穗轴的长短，枝梗数和小穗数的密集程度，是否直立等性状可将水稻穗型分为长短穗、稀密穗和弯直穗等穗型。

近年来，随着水稻全基因组测序工作的完成及水稻分子生物学和功能基因组学的发展，利用遗传群体和突变体的方法定位克隆了许多调控穗发育相关的基因。尽管这些基因的效应各有差异，但基本都参与了枝梗分生组织的形成、枝梗分生组织的大小、小穗分生组织的转变时间以及枝梗伸长的调控。

LAX1基因编码一个bHLH的转录因子，该基因参与水稻穗颈的腋生分生组织的启动和维持，形成水稻花序侧生分生组织。表型温和的lax1突变体穗部分枝减少，穗粒数减少。而表型严重的lax1突变体则只有穗轴，无枝梗，也不结实。LAX2能与LAX1互作，是一个包含植物特异保守结构域的核蛋白。lax2单突变体穗型稀疏，lax1lax2双突变体的稀穗表型增强。RCN1和RCN2通过控制阶段转变时间在决定水稻穗部形态中起重要作用，其组成型表达使营养生长到生殖生长的转变被推迟，导致枝梗数量急剧增加，穗的形态更加紧密。DEP1基因的显性等位变异能促进细胞分裂，降低穗颈节长度并使稻穗变密、枝梗数增加、每穗籽粒数增多。编码转录因子OsSPL14的IPA1能够通过正调控DEP1促进水稻穗分枝的形成，在营养生长和生殖生长阶段，IPA1在顶端分生组织和一二级枝梗高度表达。FZP具有ERF转录激活因子的功能，促进水稻小穗的发育。fzp突变体表现为级枝梗正常发育，但在枝梗上不能分化形成小穗，并且在原本形成小穗的地方不断产生下一级枝梗。SP1是一个参与调控水稻穗长的基因，在幼穗韧皮部中高表达，编码一个多肽转运蛋白。电镜扫描发现突变体在营养生长期及发育早期和野生型无差异，但在稻穗枝梗伸长过程中发生缺陷，导致稻穗发育过程中一级枝梗发育延迟或退化，从而使一级枝梗的数目减少。Gn1a是影响水稻每穗实粒数的主效QTL，编码一种降解细胞分裂素的细胞分裂素氧化酶/脱氢酶OsCKX2。Gn1a表达下降导致细胞分裂素在花序分生组织中累积，增加了每穗颖花数，进而穗粒数增多，最终提高水稻产量。