[发明专利]OsPIU1基因及其编码蛋白质在调控水稻籽粒大小、叶夹角和耐盐性中的应用

说明书

本发明属于基因工程领域，具体涉及OsPIU1基因及其编码蛋白质在调控水稻籽粒大小、叶夹角和耐盐性中的应用。本发明的基因OsPIU1能够调控水稻籽粒大小、千粒重、叶夹角和耐盐性，可以用于改良水稻籽粒大小和千粒重、叶夹角和耐盐性，也可以同时改良籽粒大小、千粒重、叶夹角和耐盐性。过表达OsPIU1基因使水稻籽粒粒长、粒宽和千粒重增加，同时使叶夹角减小和耐盐性增加。下调或敲除OsPIU1基因使水稻籽粒变小、千粒重降低，同时使叶夹角变大和耐盐性降低。因此，该基因可以应用于植物遗传改良，培育优良株系和品种。

技术领域

本发明属于基因工程领域，具体涉及OsPIU1基因及其编码蛋白质在调控水稻籽粒大小、叶夹角和耐盐性中的应用。

背景技术

水稻是我国重要的粮食作物，产量占粮食总产的42%左右，水稻的稳产和增产对保障我国粮食安全具有重要的战略意义。根据我国实际情况，全国推进种植业结构调整，水稻在稳定面积的同时增加产量和品质。这样就要求选育更好更先进的水稻品种，水稻籽粒大小、千粒重、叶夹角和抗逆性都是影响产量的重要因素，因此改良籽粒大小及千粒重、叶夹角和提高耐盐性均是水稻育种目标。

籽粒大小历来是育种家和植物遗传学家关注的产量性状，对其开展了大量的研究工作。籽粒大小多数属于数量遗传，受多基因控制。科学家从正向和反向遗传学克隆或解析了多个调控籽粒大小的基因。GS3是第一个通过图位克隆获得的控制水稻粒长的QTL，揭示了籼稻和粳稻粒长差异的原因（Fan C, Xing Y, Mao H, et al. GS3, a major QTL forgrain length and weight and minor QTL for grain width and thickness in rice,encodes a putative transmembrane protein[J]. Theoretical and appliedgenetics, 2006, 112(6): 1164-1171.）。OsMKK4 和OsMAPK6 两个丝裂原活化蛋白激酶基因正调控水稻籽粒大小 （Duan P, Rao Y, Zeng D, et al. SMALL GRAIN 1, whichencodes a mitogen‐activated protein kinase kinase 4, influences grain size inrice[J]. The Plant Journal, 2014, 77(4): 547-557.；Liu S, Hua L, Dong S, etal. Os MAPK 6, a mitogen‐activated protein kinase, influences rice grain sizeand biomass production[J]. The Plant Journal, 2015, 84(4): 672-681.）。GW8和GLW7是另两个控制水稻粒长的QTL，分别编码植物特异转录因子OsSPL16和OsSPL13（WangS, Wu K, Yuan Q, et al. Control of grain size, shape and quality by OsSPL16in rice[J]. Nature genetics, 2012, 44(8): 950-954.；Si L, Chen J, Huang X, etal. OsSPL13 controls grain size in cultivated rice[J]. Nature genetics, 2016,48(4): 447-456.）。GW2是控制水稻粒宽的一个主效QTL，编码一个RING-type E3连接酶（Song X J, Huang W, Shi M, et al. A QTL for rice grain width and weightencodes a previously unknown RING-type E3 ubiquitin ligase[J]. Naturegenetics, 2007, 39(5): 623-630.），qTGW2是一个半显性QTL位点，控制水稻的粒宽和粒重（Ruan B, Shang L, Zhang B, et al. Natural variation in the promoter of TGW2determines grain width and weight in rice[J]. New Phytologist, 2020, 227(2):629-640.）。水稻株型也是影响水稻产量的重要农艺性状，叶夹角是影响株型的一个关键性状，可以影响种植密度，影响群体的通风透光。科学工作者也解析了许多调控叶夹角的基因，例如OsBUL1、RAV6和POW1等，其中POW1既可以调控叶夹角又可以调控水稻籽粒大小（Jang S, An G, Li H Y. Rice leaf angle and grain size are affected by theOsBUL1 transcriptional activator complex[J]. Plant Physiology, 2017, 173(1):688-702.；Zhang X, Sun J, Cao X, et al. Epigenetic mutation of RAV6 affectsleaf angle and seed size in rice[J]. Plant Physiology, 2015, 169(3): 2118-2128.；Zhang L, Wang R, Xing Y, et al. Separable regulation of POW1 in grainsize and leaf angle development in rice[J]. Plant biotechnology journal,2021, 19(12): 2517-2531.）。我国有大量的盐碱地，提高水稻耐盐性可以提高土地可利用性，同时也是水稻稳产的一个重要条件。目前也已鉴定出了较多耐盐基因，比如 OsCOIN、 OsDREB2A、 OsMYB2、 OsbZIP71、 OsbZIP23可以使渗透保护剂和抗氧化剂积累，钠离子和钾离子转运蛋白活性增加，从而调节水稻的耐盐性（Gumi A M, Guha P K, Mazumder A, etal. Characterization of OglDREB2A gene from African rice (Oryza glaberrima),comparative analysis and its transcriptional regulation under salinity stress[J]. 3 Biotech, 2018, 8(2): 1-16.）。