[发明专利]基因miR408和UCL在培育高产水稻中的应用

说明书

本发明公开了基因miR408和UCL（uclacyanin）在培育高产水稻中的应用。本发明通过分析水稻谷粒和胚胎中特异性表达的miRNA，发现miR408基因在水稻谷粒发育中具有重要的调控作用，而且这一功能是通过下调其靶基因UCL实现的。本发明还分别构建了过表达miR408、UCL‑RNA干涉和UCL‑CRISPR敲除的水稻突变株，研究显示，三种突变株均显示出生长迅速的现象，并且在成熟期时稻穗明显比野生型下垂，而且结实率增加，穗型更大，每穗粒数显著高于野生型，千粒重和产量也有显著提高。本发明为培育高产水稻提供了一种全新的并且简单有效的方法，可投入大规模推广使用，且不会对环境造成污染，食用安全。

技术领域

本发明属于植物育种技术领域。更具体地，涉及基因miR408和UCL在培育高产水稻中的应用。

背景技术

粮食问题是当今世界所面临的几个难题之一。寻找影响水稻产量相关特性的基因一直以来都是提高粮食产量的研究重点。目前已经发现了不少影响水稻产量的基因，对提高水稻产量提供了理论基础。

miRNA（microRNA）是一组非编码单链RNA，广泛存在于动物和植物等多细胞生物中，它可以通过与靶基因mRNA的特定位点结合，诱导该mRNA的降解或抑制该蛋白质的合成，在转录水平或转录后水平导致基因沉默，从而参与基因的表达调控。miRNAs参与了几乎所有的生命活动，并起着重要作用。在植物中，DCL1 酶在细胞核内识别miRNA 前体（pre-miRNA）的茎环结构，将其切割成 miRNA：miRNA* 双体，然后由 HST 蛋白将其转运到细胞质中进行进一步的加工。在不同的植物组织、器官和发育时期，miRNA的表达谱是不同的，并且部分miRNA在不同的外界环境下也有着不同的表达水平。因此，研究miRNA表达谱对miRNA生物功能的研究是非常重要的。

miRNA的调控广泛存在于植物发育及生长的各个生理过程，是目前分子生物学研究的热点。miRNA主要参与植物组织器官发育、生物胁迫与非生物胁迫、信号转导调控等。如miR172调控植物花发育和开花时间，miR172在花期花瓣中的过表达，引起靶基因AP2转录因子的表达下降，导致植物花期提前及花器官形态不规则；miR159在植物ABA诱导或干旱条件下表达发生变化。过表达miR159，可抑制MYB33、MYB101转录因子，使植物对ABA信号不敏感。而MYB转录水平的提高，可增强对ABA的敏感性，也可与RD22启动子的顺式元件结合后激活下游渗透调节基因表达，起到正调节干旱胁迫。生长素参与植物组织发育、形态发育、维管运输等。miR393的靶蛋白为F-box类的生长素因子（TIR1, AFB2, AFB3），这些蛋白是生长素信号的转导的重要节点，miR393的表达量提高会减少TIR1的表达，而TIR1作为转录抑制应答因子，可控制Aux/AAI的蛋白泛素化。

有趣的是，还有一些植物miRNA通过下调其靶基因而参与调控水稻产量。近期有报道，水稻miR397通过切割其靶基因LAC，而影响了油菜素内酯的信号转导通路，过表达miR397可增加水稻穗分支，增大谷粒，显著提高水稻产量；miR167可以通过调控其靶基因ARF8，来调节生长素信号通路，并最终影响植物产量；miR159切割一类受赤霉素调控的MYB家族基因，组成型表达miR159会引起短日照情况下开花的推迟和花粉的不正常发育；水稻中miR156通过对下调其靶基因OsSPL14，显著降低水稻分蘖，穗分支及种子数量，直接负调控水稻产量。

但是，为了解决不断增长的人口与逐渐减少的耕地面积的矛盾，发现更多调节水稻产量的基因仍是急需解决的大问题。因此，不断寻找新的提高水稻产量相关基因，已成为农业进一步增产的重要基础研究，倍受世界各国政府和科学家的关注，也是当前生命科学研究的热点。

发明内容