水稻穗部性狀調控基因pt2及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了水稻穗部性狀調控基因PT2及其應用。所述PT2基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO.1所示，其能調控水稻穗部性狀如粒形、千粒重、穗長。本發明還提供了PT2基因的等位基因pt2-J和pt2-I，其核苷酸序列如SEQ?ID?NO.3和SEQ?ID?NO.5所示。本發明提供的PT2基因及其等位基因可用于植物新品種的選育，如選育高產水稻品種，或用于選育高檔長粒優質水稻品種，也可用于玉米、高粱等其它植物高產優質新品種的培育。
【專利說明】水稻穗部性狀調控基因PT2及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于植物基因工程領域，具體涉及一種水稻穗部性狀調控基因PT2，同時還涉及該基因的等位基因以及該基因及其等位基因在水稻、玉米等植物育種中的應用。
【背景技術】
[0002]水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球一半以上的人口以大米為主食，稻谷的產量及品質關系到世界的糧食安全。水稻穗部性狀包括穗長、一次枝梗數、二次枝梗數、粒形、每穗粒數等，對水稻的產量和品質有重要影響。
[0003]以水稻穗部性狀一粒形為例，粒形包括粒長、粒寬、粒厚，它不僅直接影響水稻產量的重要構成因子——千粒重，同時也對稻米的外觀品質、商品品質和加工品質有重要影響。因此，水稻粒形的遺傳機制和分子機理研究對水稻高產及優質育種有著重要的理論和實踐意義。迄今為止，根據國際數據庫Gramene公布的數據，已有508個控制水稻粒形性狀的QTL被定位，分布在水稻的12條染色體上。目前已有若干控制粒形的主效基因通過圖位克隆的方法被克隆出來，如GS3、Gff2, Gff5, TGW6、GS5、GW8等(Fan et al.,2006,Theor.Appl.Genet.112:1164-1171 ；Song et al.,2007, Nature Genetics39:623-630 ;Weng et al., 2008, Cell Research, 18(12):1199-1209 ；Ishimaru et al.2013, NatureGenetics, 45(6):707-711 ;Li et al., 2011, Nature Genetics, 43(12):1266-1269;Wang etal.，2012，Nature Genetics, 44(8): 950-954)。其它穗部性狀的研究進展，如穗長、一次枝梗數、二次枝梗數、每穗粒數，與粒形的研究進展相類似，一般定位了較多相關QTL或基因，同時有部分基因被克隆出來。 [0004]根據目前的研究結果來看，水稻穗部性狀的基因調控網絡比較復雜:其中有主效調控基因，也存在大量的微效QTL ;有多效基因，也有只影響單一或少數性狀的基因。同時，基因之間存在復雜的互作關系。因此，迫切需要克隆更多與穗部性狀相關的新基因，在了解單個基因功能的基礎上逐漸明晰其基因調控網絡，從而為新品種培育提供基因資源和理論依據。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為水稻及其它植物提供一種新的穗部性狀調控基因及其應用。
[0006]為了實現本發明目的，本發明首先提供一種水稻穗部性狀調控基因PT2，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.1的第2102~3286位所示的核苷酸序列；或該序列經替換、缺失或增加一個或多個核苷酸，且編碼相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0007]其中，調控主效基因PT2的啟動子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.1中1-2014位對應的核苷酸所示。
[0008]進一步地，所述水稻穗部性狀調控基因PT2，其核苷酸序列如SEQ ID N0.1所示。
[0009]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因PT2編碼的蛋白，其具有SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列。[0010]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因PT2的等位基因Pt2-J，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.3的第2098~3237位所示的核苷酸序列；或該序列經替換、缺失或增加一個或多個核苷酸，且編碼相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0011]其中，Pt2-J啟動子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.3中1-2010位對應的核苷酸所示。
[0012]進一步地，所述水稻穗部性狀調控基因pt2_J，其核苷酸序列如SEQ ID N0.3所示。
[0013]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因pt2_J編碼的蛋白，其具有SEQ IDN0.4所示的氨基酸序列。
[0014]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因PT2的等位基因pt2_I，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.5的第2088~3272位所示的核苷酸序列；或該序列經替換、缺失或增加一個或多個核苷酸，且編碼相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0015]其中，pt2-1啟動子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.5中1-1991位對應的核苷酸所示。
[0016]進一步地，所述水稻穗部性狀調控基因pt2_I，其核苷酸序列如SEQ ID N0.5所示。
[0017]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因pt2_I編碼的蛋白，其具有SEQ IDN0.6所示的氨基酸序列。
[0018]本發明還提供了含有所述水稻穗部性狀調控基因PT2或pt2_J或pt2_I的載體。
[0019]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因PT2或pt2_J或pt2_I在水稻及其它植物新品種選育中的應用。
[0020]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因PT2或pt2_J或pt2_I在調節水稻及其它植物穗部性狀中的應用。
[0021]本發明還提供了所述水稻穗部性狀調控基因PT2或pt2_J或pt2_I在制備轉基因水稻及其它植物中的應用。
[0022]本發明的有益效果在于:
[0023](I)本發明在水稻中克隆的新基因PT2對穗長和千粒重具有較大正效應，總庫容量顯著增加，為水稻的高產育種提供了新的基因資源；新基因PT2對粒長具有較大正效應，通過與窄粒基因的聚合，可選育出高檔長粒優質稻新品種。
[0024](2)本發明中新基因PT2的等位基因pt2_J或pt2_I雖然對穗長和千粒重具有較大負效應，但在特定遺傳背景條件下，如聚合了其它大粒和長穗基因的情況下，應用Pt2-J或pt2_I基因可在保持水稻聞廣的基礎上提升品質。
[0025](3)相似遺傳背景條件下，雜合基因型(PT2pt2)可使穗粒數和千粒重保持較高水平，大幅增加庫容量。因此，雜合基因型(PT2pt2)可大幅提高雜交水稻的庫容量，為水稻超高產育種服務。
[0026](4)本發明中的PT2基因在玉米、高粱等眾多植物中具有同源基因，PT2基因不僅可用于水稻，也可用于其它植物的新品種培育。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明PT2基因在水稻全生育期不同組織中表達水平示意圖。使用材料是2 個近等基因系材料 R642-l(pt2pt2，pt2 來自 Rl 126)和 R642-2 (PT2PT2, PT2 來自 CDL)。[0028]圖2為本發明過表達轉基因TO代陽性單株與陰性對照單株穎花照片。
[0029]圖3為本發明RNA干擾TO代陽性單株與陰性對照單株穎花照片。
[0030]圖4為本發明克隆的PT2基因的結構示意圖和其自然變異分析。其中:黑色的方框代表外顯子，細線代表內含子，“ATG”和“TGA”分別是翻譯起始密碼子和終止密碼子，ATG前的粗線代表2000bp的啟動子，大粒和中粒間的38個SNP和InDel變異位于PT2基因的啟動子和編碼區(SNP替換均用相應的堿基代表，InDel缺失均用相應的圓點代表)，編碼區有3個氨基酸變異，內含子有11個SNP變異和3個InDel變異。
【具體實施方式】
[0031]以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0032]2013年，本申請發明人成功將I個控制粒長、粒寬和千粒重的主效基因首次精細定位到水稻第2染色體上的33.2kb區間，推測L0C_0s02g47280就是候選基因，并將該基因初步命名為GS2 (Grain shape2) (Zhang et al.，2013)，但當時沒有完成后續基因克隆工作。后續考察分析表明，來自‘CDL’的大粒基因GS2不僅可顯著增加粒長、粒寬和千粒重，而且顯著增加穗長，發明人將該穗部性狀調控基因重新命名為PT2 (Panicle Traits2)。Real-Time PCR表達分析表明:在決定穗部性狀發育的關鍵期——幼穗期，PT2PT2基因型具有較高的表達量，其隱性等位基因型Pt2pt2表達量較低，推測L0C_0s02g47280基因表達量的不同導致了功能及表型的差異。通過轉基因驗證試驗證實，過表達單株中L0C_0s02g47280基因表達量增加，穗長、粒長、粒寬顯著增加；RNA干涉單株中L0C_0s02g47280基因表達量降低，穗長、粒長、粒寬顯著降低。至此，本發明人完成了對PT2基因的克隆。
[0033]本發明的PT2基因優選自水稻，但是與水稻PT2基因高度同源的其它植物基因也在本發明保護的范圍之內。
[0034]實施例1基因的精細定位、表型分析與命名
[0035]本發明人經過深入的研究，成功將I個控制粒長、粒寬和千粒重的新主效基因GS2(Grain Shape2)精細到水稻第2染色體上的33.2kb區間，推測L0C_0s02g47280就是候選基因GS2 (Zhang et al.，2013)。該基因可使水稻粒長增加3mm、粒寬增加0.4mm、千粒重增加18g (不同遺傳背景下增幅可能有差異)。后續研究表明，該基因不僅可顯著增加粒長、粒寬和千粒重，而且顯著增加穗長(表1)，發明人將其重新命名為PT2 (Panicle Traits2)。PT2基因可同時調控水稻的穗長和千粒重，從而對產量和品質產生重要影響。
[0036]表lL0C_0s02g47280基因的近等基因系材料穗部性狀考種結果
【權利要求】
1.水稻穗部性狀調控基因PT2，其特征在于，其核苷酸序列如SEQID N0.1所示。
2.權利要求1所述的水稻穗部性狀調控基因PT2的等位基因pt2-J，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID N0.3所示。
3.權利要求1所述的水稻穗部性狀調控基因PT2的等位基因pt2-1，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID N0.5所示。
4.含有權利要求1所述水稻穗部性狀調控基因PT2的載體。
5.含有權利要求2所述水稻穗部性狀調控基因PT2等位基因pt2-J的載體。
6.含有權利要求3所述水稻穗部性狀調控基因PT2等位基因pt2-1的載體。
7.權利要求1所述的水稻穗部性狀調控基因PT2在水稻、玉米等植物新品種選育中的應用。
8.權利要求1所述的水稻穗部性狀調控基因PT2在調節水稻、玉米等植物新品種穗部性狀中的應用。
9.權利要求1所述的水稻穗部性狀調控基因PT2在制備轉基因水稻、玉米等植物新品種中的應用。
【文檔編號】C12N15/82GK103882033SQ201410116107
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】鄧華鳳, 張武漢, 孫平勇, 舒服, 何強, 刑俊杰, 王杰 申請人:湖南雜交水稻研究中心