水稻MIS1蛋白及其编码基因与应用制造技术

本发明专利技术涉及基因工程，具体公开了一种水稻MIS1蛋白及其编码基因。所述水稻MIS1蛋白为a)由SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；或b)由SEQ ID NO.1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与a)具有同等功能(控制水稻株高或影响籽粒大小)的蛋白质。本发明专利技术进一步公开了编码前述蛋白的基因(如SEQ ID NO.2所示)。本发明专利技术首次发现了对水稻株高、水稻穗型和籽粒大小存在影响的蛋白及其编码基因，并通过试验验证了所述基因的功能。本发明专利技术技术方案为水稻的选育和转基因水稻的制备提供了新的方向，且通过构建转化有该基因的转基因水稻，能够显著提高水稻的产量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基因工程，具体地说，涉及一种水稻蛋白及其编码基因。
技术介绍
水稻(Oryza sativa L.)是我国重要的粮食作物之一，其产量和品质直接影响着我国粮食安全和人民生活水平。粒形性状一直是水稻遗传与育种研究的重要内容之一，是影响水稻产量和品质的重要性状。籽粒大小决定了粒重，而粒重与单株穗数、每穗粒数一起构成了水稻产量的三大要素，三者之间相互影响、制约和补偿。水稻颖壳是谷粒的保护组织，颖壳大小与籽粒库容量有直接的关系从而影响到影响千粒重，因此，其形态构建在稻类作物中起着重要作用。随着水稻全基因组测序工作的完成，目前，与水稻粒形性状及颖壳调控相关基因分子调控机理仍不太清楚，要真正从分子水平改良水稻产量及品质，需要克隆更多的相关基因并进行功能分析。水稻粒形的分子生物学研究早已展开，不少研究者经过对粒形性状的遗传研究后，普遍认为水稻粒形性状在杂交后代群体中呈正态连续分布，被认为是由多基因控制的数量性状。水稻粒长的遗传大多受单基因、双基因、多基因或微效基因控制，现在主要倾向于以多基因控制为主，属于数量遗传性状。粒宽的遗传多数呈正态分布，受多基因控制，但有些研究认为粒宽是受单基因或主效基因控制。粒厚基本上表现为正态分布，受多基因控制，有的也受主效基因和微效基因的共同作用。粒重是粒长、粒宽和粒厚的综合指标，以千粒重表示，一般认为粒重受多基因控制，基本呈正态分布。近年来，随着水稻分子生物学和功能基因组学的发展，利用遗传
群体和突变体的方法克隆了许多粒型基因。目前，与谷粒性状相关的QTL遍布于水稻12条染色体，基因效应也各有差异。在已定位的与水稻粒形性状相关的QTL中，有20个基因被克隆。GS3是首个被克隆的控制水稻粒长和粒重主效QTL基因，位于第3染色体上的着丝粒附近区域，该基因编码一种232个氨基酸的跨膜蛋白，包含四种已知功能结构域，包括位于N端的一个植物特异的调控器官大小的结构域organ size regulation(OSR)结构域、一个跨膜蛋白结构域、TNFR/NGFR家族富含半胱氨酸的结构域和位于C端的VWFC结构域。其中OSR结构域缺失使水稻籽粒长度增加，TNFR/NGFR家族结构域和VWFC结构域缺失时，水稻籽粒变小。进一步分析发现N端的OSR结构域是控制粒型的关键区域，TNFR/NGFR家族结构域和VWFC结构域对OSR结构域的功能起抑制作用。GL3.1编码一种含有两个Kelch功能域的丝氨酸/苏氨酸磷酸酶OsPPKL1，它是PPKL蛋白家族成员之一，是粒长的负调节因子。酶活测定结果显示，GL3.1蛋白具有去磷酸化的功能。它主要影响小穗在细胞分裂时蛋白质的去磷酸化水平从而加速细胞分裂，导致籽粒变长。TGW6位于6号染色体上，TGW6编码一个吲哚乙酸-葡萄糖水解酶，能将吲哚乙酸-葡萄糖结合物水解为吲哚乙酸和葡萄糖单体。TGW6基因的突变或者表达水平的下降会导致粒长增加，不影响粒宽和粒厚。GW2定位于第2染色体的短臂上，是控制粒宽的负调控因子，利用大粒粳稻品种WY3和小粒籼稻品种FAZ1为亲本的高代回交群体克隆的。与轮回亲本FAZ1相比，携带大粒亲本GW2位点的近等基因系种子宽度增加了26.2％，千粒重增加了49.8％。GW5定位于第5染色体，用宽粒粳稻品种Asominori与籼稻窄粒品种IR24构建的染色体片段替换系和高代回交定位群体克隆获得。与窄粒品种相比，宽粒品种的基因组中都缺失了一段1212bp的序列，GW5就位于这段缺失的序列中。GW2和GW5在种子发育过程中可能都参与泛素-蛋白酶途径负向调控粒
宽，但两者可能以不同的调控途径。GS5定位于5号染色体短臂端，是第一个被克隆的控制水稻粒宽和粒重的正向调控因子。GS5基因编码一个含有480个氨基的丝氨酸羧肽酶，属于肽酶S10蛋白家族。在宽粒亲本或者过量表达植株中，GS5能够上调细胞周期基因的表达，促进了水稻颖壳细胞的横向分裂，从而增加颖壳的宽度，使谷粒的重量和单株产量增加。相反，gs5突变体种子的粒宽和粒重都减小。GW8定位于水稻第8染色体长臂上，该基因是细胞分裂的正调控因子，植物体中该基因表达量升高促进细胞分裂和加速籽粒灌浆，最终表现为籽粒宽度增加，千粒重增加。除此之外，影响种子大小的基因还有DEP2/EP2/SRS1、SRS3及SR5等，灌浆相关的基因FLO2、GIF1对水稻籽粒大小也影响显著。过表达FLO2则能明显增加谷粒的大小，导致籽粒宽度和厚度明显增大。GIF1定位于水稻第4染色体上，编码一种细胞壁蔗糖酶，在灌浆早期发挥作用，能够控制谷粒淀粉数量，从而影响谷粒的性状。栽培稻的GIF1基因有严格的组织表达特异性，在发育籽粒背部维管束中特异表达，有利于籽粒灌浆，提高水稻产量；野生稻的基因表达部位则不同，不利于灌浆而低产，以栽培稻G1F1基因自身启动子进行过量表达，可以使谷粒变厚变大，从而增加产量。但如果以35S启动子将栽培稻的GIF1基因进行异位过量表达，则会导致谷粒变小。粒形性状是由多个QTL控制的复杂性状，颖壳发育在一定程度上也限制了谷粒大小。近年来，在水稻已经中发现了不少与颖壳器官发育相关的突变体，在基因克隆方面也有不少的报道。在水稻第9染色体上克隆得到了RETARDED PALEA1(REP1)基因，该基因属于TCP家族转录因子。rep1内稃发育明显延缓，最终使得内稃变小。该基因主要调节颖壳中内稃发育，早期仅在内稃原基中表达，在花器官发育后期则扩散到内外稃和雄蕊中表达。同时REP1基因还属于双子叶植物中CYCLOIDEA(CYC)类同源基因，异位表达会改变花的不
对称性，这说明CYC类基因在双子叶植物和水稻等禾本科植物中控制花左右对称机制中是相对保守的。在水稻第6染色体上克隆得到了DEPRESSED PALEA1(DP1)基因，它编码一种AT-hook DNA核蛋白，主要控制内稃发育和花器官的数目，定位克隆发现DP1基因的增强子就是REP1基因，该基因位于DP1基因的下游并且受其调控。在水稻第7染色体上克隆得到了long sterilelemma1(G1)基因，该基因编码蛋白中包含一个ALOG结构域，该结构在拟南芥和水稻中相对保守，属于植物特有的基因家族成员。g1突变体由于不育外稃的同源异型转换形成了长不育外稃结构，说明G1基因调控不育外稃的发育方向，抑制其发育成外稃结构。在水稻第2染色体上克隆得到了TRIANGΜLAR HΜLL1(TH1)，编码一个DUF640的蛋白，生物信息学研究发现该蛋白中也包含ALOG结构域，与G1基因属于同一个基因家族。通过原位杂交发现，TH1基因在内外稃原基中有很高的表达水平，该基因主要在水稻颖壳发育中起重要作用。在水稻第1染色体上克隆得到了EXTRA GLUME1(EG1)，该基因编码一种脂肪酶，其突变会导致在水稻4轮花器官外产生新的颖壳结构，EG1基因在花序原基中表达量很高，但在发育中的小花原基中表达很弱，该基因同时调节水稻护颖的命运和小穗发育。目前根据水稻与拟南芥的花发育之间的保守性并利用这种关系在发现了水稻中与花器官发育相关基因，但是水稻作为单子叶模式植物与双子叶植物在花器官方面的差异主要在外轮花器官上，双子叶植物中没有与颖本文档来自技高网...

【技术保护点】
水稻MIS1蛋白，其特征在于，其为如下a)或b)中的任意一种：a)由SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；b)由SEQ ID NO.1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与a)具有同等功能的蛋白质。

【技术特征摘要】
1.水稻MIS1蛋白，其特征在于，其为如下a)或b)中的任意一种：a)由SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；b)由SEQ ID NO.1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与a)具有同等功能的蛋白质。2.编码权利要求1所述蛋白的基因。3.根据权利要求2所述的基因，其特征在于，其为如下1)～3)中的任意一种：1)由SEQ ID NO.2所示的DNA分子；2)与SEQ ID NO.2所示的DNA分子至少具有70％、至少具有75％、至少具有80％、至少具有85％、至少具有90％、至少具有95％、至少具...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学勇，房静静，彭鹏，赵金凤，袁守江，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11