[发明专利]水稻基因FTD1及其突变体与应用

说明书

本发明公开了水稻基因FTD1及其突变体与应用。本发明分离克隆了与水稻株型和分蘖数相关的基因FTD1，其CDS序列如SEQ ID No.1所示，编码蛋白的氨基酸序列如SEQ IDNo.2所示。在少蘖矮化突变体ftd1中，该基因在FTD1的编码框发生了一个碱基A的插入，致使移码突变，导致编码蛋白提前终止，其突变体的CDS序列如SEQ ID No.3所示，编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID No.4所示。本发明通过基因敲除实验和过表达实验在水稻中验证了基因FTD1的功能，敲除该基因可导致水稻分蘖数明显数减少，过表达该基因可导致水稻分蘖数明显增加。该基因可应用于水稻株型和分蘖性状的改良，为水稻育种提供了新的基因资源。另外，水稻基因FTD1及其突变体还对水稻分蘖性状和株型的调控机制研究具有重要的意义。

技术领域

本发明属于基因工程和水稻遗传育种技术领域，具体涉及水稻基因FTD1及其突变体与应用。

背景技术

众所周知，水稻的产量关乎着全世界的粮食安全问题。社会环境因素的恶化和有效耕作面积的锐减，都加速了对水稻高产育种的迫切需求。水稻理想株型如株高和分蘖是水稻高产育种的基础，是育种家们的重点研究方向。虽然近几十年对株高和分蘖的基础研究取得了一定程度上的突破，但很多具体机制尚不清楚，目前应用的株高和分蘖基因资源仍然非常狭窄。因此，对水稻株高和分蘖基因进行研究，挖掘新的株高和分蘖基因资源仍然是水稻遗传育种研究中的一个重要方向，其具有重要的实际应用价值，可有助于进一步理解水稻株高和分蘖的调控机制，对开发出高产量高品质的水稻具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水稻基因FTD1及其突变体与应用。

本发明构思如下：发明人从甲磺酸乙酯(EMS)诱变的籼型水稻1B中鉴定出一个新的突变体ftd1。ftd1突变体在全生育期均矮于野生型，且其穗长和各节间长度也较于野生型显著变短，细胞学分析发现，ftd1突变体叶鞘细胞长度较野生型缩短了11.51％，茎秆细胞的宽度和长度较野生型分别缩短了42.63％和47.45％，说明细胞变短是ftd1突变体矮化的原因。此外，ftd1的分蘖数比野生型少，导致了成熟期ftd1有效穗数比野生型减少了30％。对分蘖芽的石蜡切片进行观察发现，ftd1突变体分蘖芽的数量与野生型一致，但其分蘖芽的长度显著短于野生型，证明是ftd1分蘖芽伸长受阻导致分蘖减少。再者，苗期和成熟期ftd1突变体的叶夹角相较于野生型明显变小，进一步的BR响应实验和胚芽鞘暗处理实验发现ftd1突变体对外源的油菜素内酯(BL)和油菜素内酯抑制剂(BZR)敏感性降低，说明ftd1是一个油菜素内酯不敏感型突变体。对其进行遗传分析，结果表明，突变体ftd1的表型受隐性单基因控制(命名为FTD1)。进一步地，发明人从水稻中分离克隆出了该FTD1基因，其编码一个具有转录激活活性的GRAS转录因子，ftd1突变体在FTD1的编码框发生了一个碱基A的插入，致使移码突变，导致编码蛋白提前终止。进一步将野生型的FTD1全长序列，包括上游启动子区域，整个编码框区域以及下游区域，转化至ftd1突变体，对获得的阳性互补转基因植株进行表型观察发现其株高和分蘖均得到恢复，对阳性转基因植株测序发现，在碱基A插入位点开始出现碱基杂合形式。进一步利用CRISPR/Cas9技术在粳稻品种“中花11”中对FTD1进行基因敲除，结果发现Cas9敲除株系的分蘖数极显著减少，株高也明显降低；在中花11中超表达FTD1基因，转基因植株的分蘖数极显著增加，但株高变化不显著，表明FTD1负责突变体ftd1少蘖表型，且对水稻分蘖数存在正调控作用。

为了实现本发明的目的，本发明提供了如下技术方案：

1.本发明提供了水稻基因FTD1、水稻基因FTD1序列的互补序列、水稻基因FTD1序列的反向序列、或含有水稻基因FTD1、水稻基因FTD1序列的互补序列、水稻基因FTD1序列的反向序列的生物材料的以下任一应用：

(1)控制水稻分蘖数；

(2)控制水稻株型；

(3)用于水稻品种改良；