[发明专利]水稻不依赖于受精的胚乳自主发生基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种水稻不依赖于受精的胚乳自主发生基因OsFIE2的克隆和应用。通过克隆，RNA干涉和转基因技术，将其应用于研究基因在调控种子中胚乳发育及根叶的形态建成中的功能和作用，达到创造基因工程产量改良新品系及促进水稻雄性不育系选育的目的。

背景技术

水稻是当前研究的模式植物，也是世界上最重要的两大粮食作物之一。水稻营养价值高，我国有60％以上的人口，亚洲有4/5以上的人口以稻米为主食。随着我国人口的不断增加，与此同时，人均耕地却不断减少，如何保证中国的粮食安全已成为当前水稻生产中的热点难点问题。利用水稻的杂种优势及现代分子生物学技术，培育高产、抗病良种水稻是解决这一问题的主要途径。

水稻产量高低直接取决于种子的生长发育情况，研究有关调控种子生长发育的基因有助于解决水稻产量问题。胚乳是水稻种子中的主要组成成分，对胚乳生长发育起调节作用功能的基因可能是影响种子发育的关键因素。在水稻中，我们对这些基因却知之甚少。1999年，有关调控胚乳发育的基因在拟南芥中首次被发现，它抑制胚乳的自主发育。该基因属于Polycomb大家族的一个成员，Polycomb家族(PcG)是一类广泛存在于植物和动物中的表观遗传抑制基因，它们对维持发育相关基因的阻遏状态、 细胞增殖调控及细胞特性维持等许多发育，除了拟南芥以外，目前在小表，玉米和水稻中均发现了该家族的同源基因，但没有报道出这些基因有在拟南芥中类似的调控胚乳发育作用的功能及应用前景。由于其在拟南芥中对胚乳发育有着特殊的调控作用，故研究者将该基因命名为拟南芥不依赖于受精的胚乳自主发生基因（AtFIE），它在拟南芥中只有一个成员，但在玉米和水稻中却有两个成员，分别为ZmFIE1,ZmFIE2和OsFIE1,OsFIE2。

本发明分离并鉴定了一个水稻不依赖于受精的胚乳自主发生基因OsFIE2。该基因在水稻花，根和叶等生殖，营养器官普遍表达，同时也在胚乳中表达。通过RNA干涉及转基因技术，研究发现该基因参与控制水稻叶形态和根系建成，同时也参与抑制水稻胚乳的自主发生。OsFIE2对种子的形成有重要的调控作用，可将其应用于产量改良品系的开发。另外，OsFIE2影响花粉活力，也可将其应用于选育水稻不育系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不依赖于受精的胚乳自主发生基因及其功能应用。

本发明从水稻中分离得到OsFIE2基因，该基因的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，序列全长1601bp。基因含有13个外显子，编码含376个氨基酸的蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID No.2所示，且该蛋白含有6个保守的WD40功能域。

本领域技术人员可以将本发明基因结合RNAi技术构建该基因的RANi载体，进一步可将该载体导入植物表达载体，获得靶向OsFIE2基因的RANi重组表达载体（特异性抑制OsFIE2的表达），进而获取含有此载体的转基因植株。因此，本发明还包括由上述基因构建的RANi重组表达载体（图2），以及含有上述重组载体转基因植株。

实验验证含有RANi重组载体转基因植株中OsFIE2基因表达确实被下调（图3a,b），达到了抑制OsFIE2基因的目的，且转基因植株表型与目的基因的表达量具相关性(图3c,d)。通过观察T0及T1代RANi重组载体转基因植株表型，结果表明OsFIE2基因影响开花时间及花器官正常发生（图4），参与控制水稻叶形态和根系建成（图5，6），尤其在种子胚乳中有重要作用，RNAi株系种子可自主发育，且发育成比正常子粒更大的子粒（图4G）。我们同时还发现OsFIE2基因影响着花粉的活性（花粉败育率高达25%，正常不超过5%）。总之，OsFIE2基因控制着水稻营养和生殖两方面的生长和发育，尤其在生殖生长方面（花粉育性和种子发育）的调控作用有着较大的应用前景和实用价值。

本发明的优点和效果：

本发明的基因在各组织中普遍表达，可以用于基因在种子生长，花和根叶等器官形态建成调控中的研究及产量改良，尤其该基因在花粉及胚乳中的表达影响水稻花粉育性和种子发育可将其应用于水稻不育系的选育和水稻米粒大小改进及水稻产量提升。

附图说明