[发明专利]Zm5023基因在调控玉米株高和节间距中的应用

说明书

本发明发现Zm5023基因及其编码的蛋白Zm5023蛋白在调控玉米株高和/或节间距方面的应用。本发明还发现了抑制Zm5023蛋白活性或抑制Zm5023基因表达的RNA在调控玉米株高和/或节间距方面的应用。

技术领域：

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种Zm5023基因在调控玉米株高和节间距中的应用。

背景技术：

玉米是我国第一大粮食作物，但我国玉米的单位面积的平均产量却不及美国，这充分说明我国玉米单产还有巨大的提高潜力和空间。玉米是集食用、饲料、工业用途为一体的多功能作物。发掘玉米增产潜力、提高玉米产量是社会发展的必然趋势，也是玉米育种学家追求的永恒目标。随着我国人口数量的不断增加，我国玉米产量已经不能够满足人民的需求，并且伴随着玉米进口量的增加，粮食安全问题就显得格外突出。我国耕地面积的严重短缺，因此培育具有高产潜力的杂交种仍然是提高单产的最主要途径。近年来，随着玉米种植密度的提高，玉米的株型改良成为玉米遗传育种研究的重点之一(DOEBLEY,1990)。玉米株高性状的调控研究越来越受到育种家的关注。株高是影响作物产量和倒伏的重要农艺性状，是衡量优良玉米品种的重要指标之一(Salas Fernandez et al.,2009)。植株过高会造成种植密度下降,不抗倒伏，收获质量降低，过矮则会影响整个群体生物量和生长结构(Peiffer et al.,2014)。另外，玉米株高还影响光在群体冠层中的合理分布、截光能力和群体合理光能利用等(BENZ and ILTIS,1992)。因此，研究玉米株高关键基因以及调控机理就变得非常重要。但是调控玉米株高发育的关键基因以及调控机制并不清楚。

自1975年Mock(MOCK and PEARCE,1975)提出玉米理想株型的概念以后，许多植物学家先后做了大量的玉米株型研究。美国19世纪30年代以来的统计数据显示：玉米耐密性的改良对增产的贡献远高于单株产量的增加(Duvick,2005)。普通的玉米品种在种植密度较大的条件下，株高会因为植株间对光的竞争而增加，进而加重植株倒伏的风险，因此，植株较高的品种不适合密植(BISWAS and SALOKHE,1989)。合适的株高以及株高与穗位比值可以降低植株的重心而增强其抗倒伏性，调控株高与挖掘作物的增产潜力具有极高的关联性(Khush,1999)。玉米植株过高会使栽培密度降低、引起倒伏、收货指数下降，过低又会影响田间通透性、易感染病虫害，不利于光合产物向穗部的有效运转，降低生物产量，只有合理的株高才能促成高产。

近年来，国内外研究者通过使用不同的研究群体和研究方案，发现了大量的玉米株高数量性状位点(QTL)。目前为止，MaizeGDB(http://www.maizegdb.org/)网站已经收录了200多个株高QTL，分布在玉米10条染色体上。比如Peiffer等(Peiffer et al.,2014)用2815个自交系、包含4892个重组自交系的巢式关联作图(nested association mapping，NAM)群体以及2个近等基因系(near isogenic lines，NILs)，结合13种环境的表型数据进行了玉米株高相关性状遗传基础的研究，发现株高QTL在10条染色体上都存在，且多是微效QTL。另外，在MaizeGDB上已经成功报道了大约50多个参与调控玉米株高基因，这些基因大部分都是参与赤霉素、油菜素内酯、生长素、独脚金内酯等激素的合成、运输和信号传导等过程。这些基因包括玉米Dwarf3(D3)(Winkler and Helentjaris,1995)，Dwarf8(D8)(Thornsberry et al.,2001)等以及玉米中应用研究较为广泛的矮化单基因BR2(Multaniet al.,2003)和ZmGA3ox2(Teng et al.,2013)。尽管这些基因都能调控玉米的株高，但是由于玉米矮化基因导入均引起植株极端矮化而不能成功应用于玉米育种实践。