[发明专利]水稻半显性卷叶调控基因ERL1及其应用

说明书

本发明公开了一种水稻半显性卷叶调控基因ERL1编码的蛋白质，该蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID No：2所示。本发明还同时公开了编码上述蛋白质的基因，该基因的核苷酸序列为如SEQ ID No：1所示。本发明还同时公开了上述基因的用途：用于构建转基因水稻，所述转基因水稻的叶形得以改良，水稻叶片发生卷曲。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体地说，本发明涉及一种通过两次突变获得的卷曲度增加突变体，利用正向遗传学及图位克隆技术克隆的水稻半显性卷叶调控基因ERL1，以及利用转基因过表达实验确认该基因的功能；同时还涉及利用该基因调控叶片泡状细胞、叶肉细胞和维管束发育，通过生长素的极性分布影响叶片形态，影响叶片形态发育。可以为水稻叶片形态改良和理想株型分子设计育种提供基因资源，提高水稻产量。

背景技术

叶片从分生组织开始生长后，其形态受近-远轴、腹-背轴、中-侧轴三个轴向发育决定。叶片极性发育决定叶长、叶宽、叶片卷曲度等叶片形态建成的主要指标。水稻叶片为等面叶，叶片中任何器官组织的发育异常都可能导致叶片形态发生改变。自2009年Zhang等借助水稻叶形突变体正向克隆第一个卷叶基因SLL1以来，科学家们已先后完成了20余个与叶片形态发育相关的基因的克隆及调控机制初步研究。大部分卷叶基因与近轴面泡状细胞的发育调控相关，其数目和大小的改变导致叶片出现正卷或反卷，包括ACL1、ROC5、RL14、OsZHD1、SRL1、SLL2、MYB103L、REL1、REL2；还有一部分基因，是通过调控近-远轴面不同组织的发育，影响叶片卷曲度，包括SLL1、SRL2、ADL1、OsAGO7等；此外，还有一小部分基因，如CFL1通过调控细胞质的发育而影响叶片卷曲。现已初步明确水稻叶片宽度与生长素代谢及叶片维管发育密切相关。NAL7和NAL1通过参与生长素的生物合成和极性运输影响叶片形态发育；而NRL1、NAL2/3和RML1等基因则通过调控叶片维管组织数目和大小而影响叶片宽度。

III类同源异形域亮氨酸锌指(HD-ZIP)基因家族成员是植物发育中重要的调控子。拟南芥中，有5个HD-ZIP III基因家族的成员，REVOLUTA(REV)、PHABULOSA(PHB)、PHAVOLUTA(PHV)、ATHB8和ATHB15，这5个成员对茎顶端分生组织的分化，侧生器官的极性建立和维管组织的发育具有重要的作用。水稻中，通过反向遗传研究获得HD-ZIP III基因家族也有5个成员，OSHB1、OSHB2、OSHB3、OSHB4和OSHB5，这些成员的极性化表达及在侧生器官发育和维管组织中作用，依赖于microRNA165/166的转录后调控。在HD-ZIP III功能缺失突变体中，远轴面起支配作用而SAM不形成；在HD-ZIP III功能获得突变体中，miR165/166结合位点发生突变时，使基因的转录产物不能被切割。

Itoh等(2008)研究认为，当异位表达microRNA166-resistance的OSHB3，植株表现出严重的缺陷，包括产生异位的叶缘、芽和辐射状的叶片，并发现生长素能够诱导期在整个SAM的异位表达，也证明了生长素引发的异位表达和叶片的发生起始缺陷有关。另有研究认为，干涉OsHox33/OSHB3的表达能够加速水稻叶片的衰老(栾维江等，2014)。在拟南芥中发现，KANADI基因家族的成员与HD-ZIP III家族基因起相互拮抗作用，其主要在叶原基的远轴面表达。KAN功能缺失突变体的叶片呈现近轴化，其中HD-ZIP III基因在整个叶片中都表达；而KAN过量表达会导致叶片远轴化。在叶片发育过程中，YABBY基因功能表达相对迟缓，被认为在KAN基因的下游。拟南芥中，在yab多重突变体中，YAB基因主要在远轴面表达，呈现近轴化。但到目前为止还未有研究涉及OSHB3基因对叶片卷曲度具有半显性的调控功能。

水稻叶片形态受一个复杂的遗传网络调控，目前已克隆的卷叶基因报道不多，多渠道挖掘更多的叶形调控基因资源有利于进一步解析水稻叶片形态建成的分子机理，并为水稻通过改良叶形进行理想株型分子设计育种奠定基础。

上文中涉及的参考文献如下：