[发明专利]一种水稻双花小穗基因DF1及其编码的蛋白质与应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种水稻双花小穗基因DF1(DOUBLE FLORET 1)及其编码的蛋白质与应用。

背景技术

水稻(Oryza sativa L.)是世界上重要的粮食作物，也是单子叶植物的模式植物。与双子叶模式植物相比，水稻花序具有禾本科独有的结构单元--小穗，深入研究水稻生殖发育过程，不仅有助于理解水稻小穗的形成机制及禾本科植物的分子进化，而且对提高水稻产量和品质都具有非常重要的意义。

在禾本科植物中，小穗由许多苞片状器官和不定数量的小花组成。小穗或者小花是禾本科植物如水稻、玉米、小麦等的一个重要产量构成因素，小穗发育调控机制的研究有助于我们实现对水稻等禾本科重要粮食作物小穗相关性状的分子设计育种。小穗的发育包括两个方面：小穗的特征发育和确定性发育。根据物种是否具有固定的小花数目，小穗可以分为确定性和不确定性两种。水稻小穗是确定性的小穗，由一对副护颖、一对护颖和一个可育的顶生小花组成。迄今为止，多个水稻小穗确定性基因已经被报道。SUPERNUMERARYBRACT(SNB)基因的功能缺失突变体中，小穗产生多个额外的副护颖、护颖或颖壳状器官，部分小穗中会形成额外的小花，暗示SNB调控小穗的确定性发育。水稻MULTI-FLORETSPIKELET1(MFS1)基因突变产生了退化的护颖，额外的外稃和内稃，表明MFS1同时参与了水稻小穗特征和确定性的调控(Ren et al.,2013)。SNB和MFS1基因都属于AP2/ERF结构域基因，系统进化和功能分析表明该类禾本科基因构成一个特异的大分支，可能在小穗确定性调控中有着相似的功能。另外，还有很多其他的非AP2/ERF结构域基因也影响水稻小穗特征和确定性的调控。TONGARI-BOUSHI 1(TOB1)编码一个YABBY结构域蛋白，其突变导致了tob1小穗在护颖和顶生小花之间形成了额外的外稃或者内稃状器官。水稻MADS-box基因OsMADS22的超表达植株中也发现一个小穗内存在多个小花的现象。尽管如此，OsMADS22与TOB1基因的功能缺失引起多花小穗的现象正好相反,暗示水稻OsMADS22可能维持了小穗分生组织不确定性。因此，根据以上的结果，在小穗确定性物种中，维持确定性发育基因的功能缺失导致小穗内小花数目的增加，提供了一种新的可能增加穗粒数的育种途径。遗憾的是，水稻mfs1、snb和tob1突变体小穗除了多花性状外还同时表现许多别的花器官缺陷，无法直接在生产中利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能影响水稻小穗确定性的基因及其蛋白质，通过分子标记辅助选择或转基因等手段设计小穗内的小花数目来提高水稻粮食产量，进而提供新的育种思路和方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种水稻双花小穗基因DF1编码的蛋白质，所述蛋白质具有(A)或(B)所示的序列：

(A)Seq ID NO：3所示的氨基酸序列，该氨基酸序列对应的蛋白质属于脂肪酶。

(B)在(A)所限定的氨基酸序列中添加和/或取代和/或缺失一个或多个氨基酸且具有调控水稻双花小穗功能的由(A)衍生的蛋白质。本领域技术人员根据相同目的能够容易地获得对应序列，以实现相同功能。

本发明还提供了一种编码上述蛋白质的基因，所述基因具有(a)、(b)、(c)或(d)所示的序列：

(a)Seq ID No：1所示的基因组核苷酸序列；其为从水稻小穗多花突变体中克隆的基因DF1，如图9所示。

(b)Seq ID No：2所示的cDNA核苷酸序列；其为Seq ID No：1的编码序列，如图10所示。

(c)在(a)或(b)所示的核苷酸序列中添加和/或取代和/或缺失一个或几个核苷酸而生成的具有调控水稻双花小穗功能的蛋白质的突变基因、等位基因或衍生物。其包含与(a)或(b)所述的核苷酸序列相比具有70％以上同源性，且具有同等功能的核苷酸序列。本领域技术人员根据相同目的能够容易地获得对应序列，以实现相同功能。

(d)与(a)或(b)所示的核苷酸序列互补的核苷酸序列。本领域技术人员根据相同目的能够容易地鉴定并利用与(a)或(b)所示的核苷酸序列互补的核苷酸序列，因此，具有调控水稻双花小穗功能并在严格条件下与本发明(a)或(b)所示的核苷酸序列互补序列或其片段杂交的分离序列包括在本发明中。