[发明专利]一种水稻垩白相关基因及其编码蛋白和应用

说明书

本发明公开了一种水稻垩白相关基因及其编码蛋白和应用，通过全基因组重测序方法克隆了一个调控周白的基因WHCI，并利用基因功能互补和Crispr/Cas9等实验验证了该基因的功能。说明申请人克隆获得的基因，调控水稻的周白，当该基因突变后，会产生周白，最终影响稻米品质。本申请将深入研究WHCI介导的基因调控网络以及高温引发的由WHCI调控的应激响应机制，结果将有助于解析垩白形成的分子机理及高温影响垩白形成的机制，对今后分子标记辅助育种及应对全球气候变暖对稻米品质产生影响等均有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种水稻垩白相关基因及其编码蛋白和应用。属于水稻种植技术领域。

背景技术

我国60％以上人口以大米为主食。长期以来我国水稻单产和总产量均呈增加趋势，然而稻米品质却普遍较差。随着我国人民生活水平不断提高，人们对稻米品质的要求越来越高，而粮油贸易进一步扩大对外开放，进口的国外优质稻米数量日益增多，对国内稻米产业、市场造成一定冲击，进而影响我国粮食安全，因而提高我国稻米品质已是一项十分迫切的任务。已有研究及育种现状均表明，垩白性状是目前影响中国稻米品质的主要因素之一。

水稻垩白是指稻米胚乳中组织疏松而形成的白色不透明的部分，按垩白发生部位可以分为心白、腹白和背白，还有最近有报道一例垩白环(图1)。垩白不仅影响稻米外观，还严重影响稻米的加工、蒸煮食味品质。如何快速改良垩白性状已成为目前我国水稻育种界急需解决的难题。

研究表明水稻垩白易受环境条件(如光、温、干旱等)的影响，特别是灌浆期的温度。在实际育种中也发现不同品种间的垩白性状遗传存在明显差异，如广陆矮4号，在各种环境下种植，垩白粒率几乎接近100％；而佳辐占，在多地多年自然条件下种植，其垩白粒率和垩白度都接近0。垩白为数量性状，受多基因控制，以加性效应为主。可见，改良稻米垩白性状的首要任务是改善品种自身与垩白相关的遗传物质。但由于性状的特性所限，垩白形成的机理研究和育种改良均有较大的难度，人们对水稻垩白形成的机制知之甚少。因而迫切需要发现与克隆更多新的垩白相关基因，进行功能及信号通路分析，全面解析垩白性状的遗传网络，有助于提高实际育种中垩白性状改良的效率。

目前不少研究者利用不同类型遗传群体进行了垩白性状的QTL定位及上位性互作效应分析，已获得300多个与垩白相关的QTLs。尽管遗传座位众多，且易受环境影响，但有些遗传座位还是能在不同遗传群体、不同环境条件中稳定地检测到。克隆这些垩白性状的关键基因及解析其功能，对于了解垩白这一复杂性状的遗传调控网络很重要。

当前已克隆的与垩白相关的基因，如OsSSI、OsSSIIa、OsSSIIIa/FLO5、GIF1和FLO2，直接参与种子形成过程中淀粉的合成；FLO4和OsRab5a基因则与淀粉或蛋白生物合成过程中的物质运输有关。这些基因的突变，严重影响水稻籽粒的形成，使稻米形成白粉状米，在实际育种过程中因易于辨别而遭到淘汰，因而这些基因虽然在垩白的形成机理研究中有一定的意义，但在垩白性状改良育种中却意义不大。