[发明专利]水稻细胞分裂素氧化酶基因OsCKX4的应用

说明书

本发明公开了一种利用水稻细胞分裂素氧化酶基因OsCKX4调节水稻每穗粒数的方法，以特异启动子驱动，降低所述基因OsCKX4的表达水平，控制水稻每穗粒数。本发明利用反义抑制的技术策略，构建反义抑制载体，将OsCKX4导入到受体品种中花11，在中花11背景中反义抑制OsCKX4的表达，可以显著降低其转录水平，并增加穗粒数，其他主要农艺性状并未受影响。本发明首次提出了利用调节OsCKX4表达水平来增加穗粒数，对水稻的产量性状改良具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种水稻细胞分裂素氧化酶基因OsCKX4的应用，属于植物基因工程技术领域。

背景技术

水稻是我国最重要的粮食作物之一，年种植面积超过4亿亩，承担了约60％人口的口粮。随着可耕地面积和淡水资源日趋紧张以及人口的持续增加，我国粮食需求不断增长。自2010年起，我国水稻进出口发生逆转，成为水稻净输入国，保障粮食安全面临着严峻挑战(程式华和方福平,2019)。在水稻生产中，每穗粒数是水稻产量的重要构成要素。因此，在水稻中研究控制穗粒数的相关基因及其应用，对水稻产量的遗传改良实践具有重要意义。

植物激素是植物体内产生的一些微量且能调节(促进、抑制)自身生理过程的有机化合物。生长素与细胞分裂素被发现在穗分支发育中发挥重要的调控作用。生长素在腋生分生组织起始时大量积累，在原基生长时消耗，而下一个原基形成的部位形成一个新的生长素积累(Gallavotti et al.,2008)。因此，生长素被认为是水稻腋生分生组织起始以及二次枝梗特化所必需的(Mockaitis and Estelle,2008；McSteen,2009)。LAX1在水稻生殖发育过程中调控侧生分生组织的形成(Komatsu et al.,2001；Komatsu et al.,2003a)。LAX1和其玉米中同源基因BARREN STALK1(BA1)在花序发育过程中能够调节生长素的合成或运输(Gallavotti et al.,2008；Oikawa and Kyozuka,2009)。LAX2是水稻中另一个决定腋生分生组织起始的调控因子，能与LAX1相互作用(Tabuchi et al.,2011)。突变体asp1的多种表型缺陷可能与多种参与分生组织功能的基因被激活有关，asp1腋芽的生长重新激活且叶序发生改变，提示该基因可能与生长素行为紧密相关(Yoshida et al.,2012)。

细胞分裂素(cytokinin,CTK)在农业生产上应用广泛，能促进细胞分裂与膨大、促进侧生分支形成及生长、促进花芽座果及物质的调运和积累。细胞分裂素氧化酶(cytokinin oxidase,CKX)是CTK代谢途径的关键酶，通过改变内源CTK水平调节植物生长发育及器官形成(Galuszka et al.,2000)。转玉米ZmCKX1基因显著降低花芽CTK水平，导致小花不育和结实率降低，外施CTK可恢复育性(Huang et al.,2003)。

水稻细胞分裂素氧化酶家族共有11个家族成员，依次为OsCKX1-11，部分成员功能已经被报道。OsCKX2基因表达量下调导致水稻分蘖、穗粒数以及粒重增加，显著提高了水稻产量。过表达OsCKX4基因导致突变体细胞分裂素水平降低，根长明显变长且冠根数量增多。OsCKX9基因能够被独脚金内酯诱导表达，进而调控细胞分裂素水平，该基因功能缺失突变体呈现分蘖增多、株高变矮、穗子减小的表型。其它水稻细胞分裂素氧化酶功能还未被阐明。水稻细胞分裂素氧化酶家族11个成员中，只有OsCKX2被报道与穗粒调控相关，其他10个成员的功能或未被解析或与穗粒数调控无关，绝大部分OsCKX功能未被报道。因此，解决上述问题迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种水稻细胞分裂素氧化酶基因OsCKX4的应用，利用反义抑制的技术策略，构建反义抑制载体，将OsCKX4导入到受体品种中花11，为培育高产新品种提供思路。