[发明专利]水稻窄叶基因NAL13及其应用

说明书

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种控制水稻窄叶基因NAL13的分离克隆、功能验证，及其在水稻育种中的应用。本发明公开了水稻窄叶基因NAL13基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示；其用途为改良禾本科植物株型；使植株的叶片变窄。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种控制水稻窄叶基因NAL13的分离克隆、功能验证，及其在水稻育种中的应用。

背景技术

水稻是世界上三大主要粮食作物之一，其产量和质量受到全世界的广泛关注。叶片作为水稻光合作用和呼吸作用的主要器官，在高产育种中其形态，颜色和大小都和光能利用率有着密不可分的关系，将直接影响水稻的生长发育和最终产量。因此，对不同水稻叶形突变体的研究是揭示水稻叶片发育生理生化以及分子生物学机理有效途径，对于提高水稻产量有着理论指导意义。

上三叶“长、窄、直、厚、凹”是超高产水稻株型叶片形态^[1]，也是袁隆平首次提出窄叶性状的指标之一，迄今为止，通过经典遗传结合现代分子生物学技术，水稻中许多窄叶相关基因被挖掘和克隆。水稻窄叶相关基因往往表现出“一因多效”，窄叶突变体的表型除叶片变窄之外，同时还伴随着叶片变卷，叶夹角增大，分蘖减少或增多，株高降低，籽粒变小等其他株型农艺性状的改变，说明窄叶相关基因以多种方式来影响水稻的生长发育。大多数窄叶基因与生长素信号传导有关，NAL1编码丝氨酸/半胱氨酸蛋白酶，NAL1在维管组织的表达量很高，该基因的突变显著降低了生长素的极性运输活性，Nal1突变体小叶脉数显著变少表现出叶片变窄^[2,3]。TDD1编码邻氨基苯甲酸合成酶β亚基同源的蛋白，邻氨基苯甲酸合成酶催化色氨酸生物合成的第一步反应，在依赖于色氨酸的IAA生物合成通路的上游发挥功能，tdd1突变导致色氨酸和IAA的缺乏出现窄叶表型^[4]。NAL7及其等位基因组成性地编码一个生长素生物合成酶OsYUCCA8，它们的突变体表现出叶片向上卷曲，叶片变窄等表型^[5,6]。生长素应答因子OsARF19的过表达水稻株系表现为矮杆、窄叶、瘪粒和叶倾角增大；OsARF19-O1突变体叶片节处的近轴细胞分裂增加，纤维素含量减少；OsARF19-O1和OsARF19-O2叶片节中自由IAA含量减少^[7]。除生长素途径外，参与其他途径的基因突变也可能产生窄叶的表型，如NAL2和NAL3，编码相同的OsWOX3A转录激活因子，是赤霉素(GA)应答基因，nal2和nal3单突叶片表型正常，nal2/3双突叶片向上卷曲，叶片大叶脉数目减少到野生型的80％，小叶脉数只有野生型的一半^[8]。NAL9编码ATP依赖性Clp蛋白酶蛋白水解亚基，突变体nal9在整个生育期都表现出窄叶的表型，并且苗期叶片浅绿色、株高矮化、穗变小以及分蘖增加等表型^[9]。

虽然已有的水稻叶片发育突变体和基因对叶形分子机制的揭示起到了重要的作用，但是其分子机理有待进一步研究，本发明通过图位隆技术分离并克隆到控制窄叶基因NAL13，该基因编码一个细胞色素P450，细胞学和生物化学分析表明，该基因突变表现出叶片变窄，分蘖变多，茎秆变细，株高变矮等表型，转基因功能互补实验鉴定了该基因的功能。

上文中涉及的参考文献如下：

1.袁隆平.杂交水稻超高产育种[J].科学中国人,1998(06):15-17。

2.Jiang D,Fang J,Lou L,et al.Characterization of a Null AllelicMutant of the Rice NAL1 Gene Reveals Its Role in Regulating Cell Division[J].PLOS ONE,2015,1010(2):e0118169(Jiang D,Fang J,Lou L,et al.水稻NAL1基因无效等位突变体的鉴定，揭示了它在调控细胞分裂中的作用[J].PLOS ONE,2015,1010(2):e0118169)。