[发明专利]水稻粒长基因OsGF14b的基因工程应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域，公开了一个参与油菜素甾醇信号通路并调控水稻粒长的基因OsGF14b的克隆与应用。该基因的cDNA序列如SEQ ID NO.1，OsGF14b参与水稻油菜素甾醇信号通路的调控，功能缺失突变体籽粒粒长变长，株高变矮，分蘖数增加，对外源BL激素的施加呈敏感表型，可用于水稻产量性状的遗传改良。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及水稻粒长基因OsGF14b的粒型及油菜素内酯信号通路的基因工程应用。

背景技术

水稻是我国重要的粮食作物，水稻产量和稻米品质一直是水稻育种的核心问题。水稻产量的决定因素包括单株有效穗数、每穗实粒数和粒重，粒重主要取决于粒型和充实度。根据籽粒的三维结构将粒型构成划分为粒长、粒宽和粒厚(Gao Z Q et al,2011)。细长粒稻米通常表现较好的外观品质，因此粒型也是影响稻米品质的重要因素。一般说来，水稻粒型相关性状大多数是数量遗传性状，遗传机理复杂(Xing Y et al,2010)。加速水稻粒型相关基因的克隆并解析水稻粒型的分子调控网络，可为水稻高产的实现、优质分子育种的进行提供重要的理论基础和基因资源，从而提高粒型分子育种的效率。

目前认为，调控小穗颖壳细胞增殖、伸长和参与胚乳发育的基因是控制水稻籽粒粒长的主效基因，且通过G蛋白信号途径、MAPK(mitogen-activated protein kinase)信号途径、泛素-蛋白酶体途径、转录因子途径、激素信号途径等多种途径对水稻粒长进行调控(Azizi P et al,2019)。由α、β和γ3个亚基组成的异源三聚体G蛋白是真核生物中一类重要的信号转导分子，在生长发育中起重要的调控作用(Gilman A G,1987)。GS3是第一个被鉴定出来的水稻粒型QTL，通过与G蛋白β亚基的竞争性相互作用来减小粒长，是水稻粒长的负调控因子(Mao H et al,2010)。RGA1(rice heterotrimeric G proteinαsubunit1，水稻异源三聚体G蛋白α亚基)参与GA信号转导，由RGA1无效突变引起的水稻矮化突变体d1表现为植株变矮，粒长变短，且对BR敏感性下降。此外，RGA1转录水平受BR调控，且表达量随外源BR呈剂量依赖性的方式下降(Wang L et al,2006)。植物中的MAPK级联途径包括MAPKKK、MAPKK和MAPK3种蛋白激酶，这些蛋白及其相关磷酸酶在蛋白磷酸化和去磷酸化的信号转导中发挥核心作用(Claudia J et al,2002)。水稻小粒突变体smg1编码一种有丝裂原活化蛋白激酶OsMKK4，smg1表现出和BR突变体植株类似的短粒表型，且与野生型相比，smg1突变体中BR相关基因的表达水平显著降低，这表明MAPK信号途径与BR信号途径在功能上存在交叉(Duan P et al,2014)。OsMAPK6是水稻粒长的正调控因子，能够与OsMKK4互作，通过调控细胞增殖、参与BR信号转导和稳态调节在水稻的粒型中发挥着关键作用(Liu S,2015)。植物生长发育的很多方面受泛素蛋白酶体介导的蛋白降解途径的调控(Attaix D et al,2002)。GW2编码一个环型E3泛素连接酶，其缺失1-bp的突变位点因提前出现终止密码子导致基因功能缺失，促进了小穗颖壳细胞增殖，提高了粒宽、粒重和产量(Song X J et al,2007)。TUD1编码一个功能性E3泛素连接酶，与D1直接互作且对D1具有上位性，共同介导BR信号通路(Hu X et al,2017)。植物体内有许多不同的转录因子，与其它调控途径互相交叉形成复杂的调控网络。OsGRF4与转录共激活因子OsGIF1/2/3相互作用(Li S et al,2016)。过表达OsGIF1增加了水稻籽粒的大小和重量(He Z et al,2017)。此外，OsGRF4能够与在BR信号中发挥作用的GSK2相互作用，GSK2可抑制OsGRF4的转录激活活性，进而抑制OsGRF4调控水稻籽粒大小的功能(Che R et al,2015)。这说明不同的粒型调控通路之间是有关联的。