[发明专利]TGW10基因在用于改良农作物粒型性状中的应用

说明书

本发明属于基因编辑技术领域，涉及一种改良粒型性状的方法，具体涉及水稻TGW10(thousand grain weight 10)基因在改良水稻粒长性状方面的应用。本发明利用CRISPR/Cas9技术定点编辑来自粳稻品种日本晴(O.sativa.)中的千粒重基因TGW10，用以改良水稻的粒型性状。本申请克隆到的负调控粒型基因TGW10，编码一个包含两个RRM的RBP，属于RBP‑J类型，通过限制水稻颖壳细胞长度调控粒长；利用CRISPR/Cas9技术敲除RBP‑J基因，导致细胞伸长并增大，由此增加粒重。

技术领域

本发明属于基因编辑技术领域，涉及一种改良粒型性状的方法，具体涉及水稻TGW10(thousand grain weight 10)基因在改良水稻粒长性状方面的应用。

背景技术

资料记载了水稻是世界上主要的粮食作物之一，全球超过一半的人口以大米为主食，并且，科学家预计到2050年粮食需求将翻倍。在过去的50年，由于半矮化株系的发现和杂交水稻的发展，水稻产量取得大幅提高。然而在某些地区，包括中国，可耕种农田的流失和人口的进一步增长，使得水稻产量增长似乎已经停滞不前，甚至粮食严重短缺，因此，本领域研究人员已关注并通过挖掘新的遗传资源及开发更高效研究与应用策略，以此满足不断上升的粮食需求。

研究显示，水稻产量主要决定于有效分蘖数、穗粒数、千粒重及结实率，其中千粒重性状主要受粒长、粒宽、粒厚及灌浆率影响。同时，水稻粒型也是一个重要的品质性状，对于不同地区，大米的形状具有重要的市场价值。目前，中国北方、日本、韩国与朝鲜更偏爱于短圆形大米，而中国南方、美国及东南亚国家则更偏爱于细长型大米；这些产量性状均属于数量性状(QTL)，并由若干效应不同的基因所控制，而且也受周围生长环境的影响。近些年，已有研究克隆到一部分水稻粒型QTL，但是却鲜有被育种工作者广泛应用。

现有技术公开了有关分离与克隆这类正调控产量性状基因的方法一般采用定位与克隆技术，然后采用组成型表达载体或组织专一性表达载体将目的基因导入目标品种，而对于负调控基因，则以RNAi干扰或CRISPR/Cas9敲除目的基因，以期获得作物特定经济性状或抗逆性性状的改良。目前发现的RBP主要包含RNA recognition motifs(RRMs)、Khomology domains、zinc fingers、DEAD/DEAH boxes、Pumilio/FBF domains和pentatricopeptide repeat domains等结构域，这些结构域使RBP在调控基因转录与转录后加工起重要作用。在植物中，RBP具有模块化的富甘氨酸、精氨酸及丝氨酸的辅助结构域并且存在一系列的编排。RBP在mRNA合成、加工成熟、转运、信号定位及稳定性等代谢途径起重要作用。胞质mRNA在细胞核中合成加工完成，而顺式和反式作用因子调节mRNA定位、稳定性及翻译。而反式作用因子就包含RBP，结合相关的mRNA和其他互作因子，形成核糖体蛋白复合体并最终输出到胞质。尽管该复合体是动态的，但在细胞核中招募的一些RBP组件仍然与mRNA保持互作状态，有研究发现可以在翻译位点发现该一生物特征；而这就是不均一核糖体蛋白的原因，RBP可以参与细胞核与细胞质RNA某一个或多个方面的加工进程，包括RNA的剪接、维持、定位及翻译。事实上，许多RBP曾被报道在细胞内具有多重角色，而这样的功能多样性在某种程度上取决于参与的RNA结合结构域数量。

目前，尚无对植物RBP-J基因参与产量性状形成及其改良的报道。

基于现有技术的现状，本申请的发明人拟提供一种改良粒型性状的方法，具体涉及水稻TGW10(thousand grain weight 10)基因在改良水稻粒长性状方面的应用。

本申请的研究团队通过反向遗传学的方法从日本晴中克隆了一个负调控水稻粒型的基因TGW10，敲除TGW10基因后，籽粒增长，千粒重增加。该基因导致编码一个RNA结合蛋白RBP(RNA binding protein)，具体名称为RBP-J，位于第10号染色体，基因编号为LOC_Os10g33230，根据其功能，命名此基因为TGW10(thousand grain weight 10)。