调节植物株型和产量的基因及其应用制造技术

本发明专利技术涉及调节植物株型和产量的基因及其应用。首次分离获得一种调控禾本科植物的株型及产量性状相关的多核苷酸，其能极其显著地促进禾本科植物株型改良，促进茎的直径增加，促进穗一级分支数、穗二级分枝数、每穗小穗数、单穗穗重或穗长的增加，适度减少分蘖数，促进株高增加，并能促进禾本科植物的产量增加。本发明专利技术还提供了用于鉴定植物优良性状的分子标记。本发明专利技术为禾本科植物的性状改良提供了新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物学和基因
，更具体地，本专利技术涉及调节植物株型和产量的基因及其应用。
技术介绍
禾本科植物，特别是水稻作为重要粮食作物，养育了约世界1/2人口，然而随着人口继续增加和可用耕地的减少，进一步提高单位面积植物产量成为当前育种的主要目标。挖掘新的种质资源及其优势基因成为实现该目标的有效途径。上世纪50-60年代，矮杆品种矮脚南特水稻的发现为世界粮食生产带来了第一次绿色革命，该品种GA20氧化酶突变产生半矮杆表型，增加了水稻植株的抗倒伏和耐肥料能力，并最终提高了收获指数。随着矮化育种的进行，一些限制因素也逐渐体现，矮化品种分蘖旺盛，但也会产生很多无效分蘖，这些分蘖与有效分蘖竞争，降低结实率。针对这一情况，菲律宾国际水稻所(IRRI)在上个世纪90年代提出了新的育种策略，即选择的品种应该具备分蘖减少，穗大且茎秆粗壮的特点，这样可以保证所有分蘖都长成有效穗并增加库容同时具备抗倒伏的能力，具备这些特点的品种被称作新株型品种，发掘新株型种质及其调控序列将加速其育种进程，快速改良现有品种。茎秆是水稻穗子的主要支撑器官，在适度植株高度下，茎秆粗壮是水稻品种尤其是大穗品种在后期成熟时抗倒伏的关键因素，另外，茎秆中大、小维管束的数目与穗分支数目相关性显著，茎秆粗壮的品种一般穗也较大。株高降低会导致干物质降低，而茎秆粗壮能够弥补这一缺陷，其作为储藏器官积累更多的光合产物用于成熟期谷粒灌浆。因此，茎秆可以作为一个株型指标来衡量水稻产量潜力，并用于探索新株型水稻的遗传机制。穗形态是产量的重要组成元件，包括穗一级分支，穗二级分支，穗长以及穗密度，多个基因参与对这些性状的调控。基因聚合是常规育种中的一种有效策略，即将控制重要农艺性状的不同遗传位点(基因)导入相同的品种，从而改良对应品种。因此，将控制穗形态的不同基因采用聚合的方法导入同一品种中，可实现对穗形态的调控，从而提高产量。作为一个重要农作物，水稻经历了从野生稻到栽培稻的驯化过程，这一过程产生了许多种质资源，这些资源包含大量的优良自然变异，尽管目前水稻育种技术和流程已经十分完善，但目前已经遇到瓶颈，现有基因库趋于狭窄，为了进一步提高产量，急需寻找新的自然变异来改良现有品种，寻找合适的种质是实现这一愿望的重要前提。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种调节植物株型和产量的基因及其应用。在本专利技术的第一方面，提供一种分离的多核苷酸，所述的多核苷酸选自：(1)核苷酸序列如SEQIDNO:1(qWS8)和/或SEQIDNO:16(qPL6)所示的多核苷酸；(2)与(1)限定的核苷酸序列有90％以上(优选95％以上，更优选98％以上，最优选99％以上)相同性且具有与(1)的多核苷酸相同功能的核苷酸序列；(3)与(1)-(2)任一限定的核苷酸序列互补(优选完全互补)的核苷酸序列；(4)核苷酸序列在严格条件下能够与(1)限定的核苷酸序列杂交且具有与(1)的多核苷酸相同功能的多核苷酸。在本专利技术的另一方面，提供所述的多核苷酸的用途，用于改良禾本科植物或用于制备改良的禾本科植物；所述的改良禾本科植物包括：促进禾本科植物茎的直径增加；促进禾本科植物穗一级分支数，穗二级分枝数，每穗小穗数，单穗穗重或穗长的增加；促进禾本科植物茎秆的大、小维管束数目增加；适度减少禾本科植物的分蘖数；促进禾本科植物茎壁厚度增加；促进禾本科植物株高的增加；促进禾本科植物的产量增加；促进禾本科植物的抗倒伏能力。在本专利技术的另一方面，提供所述的多核苷酸(SEQIDNO:1所示的多核苷酸，qWS8)的用途，用于作为分子标记、筛选具有良好株型或产量高的禾本科植物品种。在本专利技术的另一方面，提供所述的多核苷酸(qWS8)的用途，用于调控其下游的SPL14基因的表达。在一个优选例中，所述的禾本科植物包括：水稻，小麦，大麦、玉米、黑麦、高粱。在本专利技术的另一方面，提供一种制备改良的禾本科植物的方法所述方法包括：将所述的至少一条(1-2条)多核苷酸导入到需改良的禾本科植物中。在一个优选例中，所述的方法是杂交的方法，包括：(1)提供禾本科植物的亲本1和亲本2，亲本1是需改良的禾本科植物，亲本2是基因组中包含所述的多核苷酸的禾本科植物；(2)将亲本1与亲本2进行杂交，获得杂交F1代；(3)从获得的F1代中筛选包含所述的至少一条多核苷酸的植株，将其与亲本1回交；(4)重复步骤(3)2～10次(如3次、5次、10次)；(5)获得包含所述的至少一条多核苷酸且背景为亲本1的改良的禾本科植物。在另一优选例中，所述的亲本2是WS3植株。在另一优选例中，所述的亲本1是粳稻品种日本晴，早籼品种ZS97，如有其它估计可行的请补充。在另一优选例中，所述的包含所述的多核苷酸(qWS8)且背景为亲本1的改良的禾本科植物可以继续传代，如形成F2代、F3代等。在另一优选例中，步骤(3)包括：从获得的F1代中筛选同时包含SEQIDNO:1序列(qWS8)和SEQIDNO:16序列(qPL6)的植株，将其与亲本1回交。在另一优选例中，利用选自下组的分子标记筛选包含所述的多核苷酸(qWS8)的植株：如SEQIDNO:10和SEQIDNO:11的引物；如SEQIDNO:17和SEQIDNO:18的引物，和/或限制性酶BcnI或HpaII(针对基因组中25370795位点)；如SEQIDNO:19和SEQIDNO:20的引物，和/或限制性酶VspI(针对基因组中25368203位点)；如SEQIDNO:21和SEQIDNO:22的引物，和/或限制性酶HaeIII(针对基因组中25374393位点)；如SEQIDNO:33和SEQIDNO:34的引物，和/或限制性酶HaeIII；如SEQIDNO:35和SEQIDNO:36的引物；如SEQIDNO:37和SEQIDNO:38的引物；如SEQIDNO:39和SEQIDNO:40的引物；如SEQIDNO:41和SEQIDNO:42的引物；如SEQIDNO:43和SEQIDNO:44的引物，和/或限制性酶BamHI；如SEQIDNO:45和SEQIDNO:46的引物和/或限制性酶AsuII；和/或如SEQIDNO:47和SEQIDNO:48的引物和/或限制性酶Tsp45I。在另一优选例中，利用选自下组的标记筛选包含SEQIDNO:16序列(qPL6)的植株：如SEQIDNO:23和SEQIDN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离的多核苷酸，所述的多核苷酸选自：(1)核苷酸序列如SEQ ID NO:1和/或SEQ ID NO:16所示的多核苷酸；(2)与(1)限定的核苷酸序列有90％以上相同性且具有与(1)的多核苷酸相同功能的核苷酸序列；(3)与(1)‑(2)任一限定的核苷酸序列互补的核苷酸序列；(4)核苷酸序列在严格条件下能够与(1)‑(2)任一限定的核苷酸序列杂交且具有与(1)的多核苷酸相同功能的多核苷酸。

【技术特征摘要】
2014.12.09 CN 20141074873521.一种分离的多核苷酸，所述的多核苷酸选自：
(1)核苷酸序列如SEQIDNO:1和/或SEQIDNO:16所示的多核苷酸；
(2)与(1)限定的核苷酸序列有90％以上相同性且具有与(1)的多核苷酸相同功能
的核苷酸序列；
(3)与(1)-(2)任一限定的核苷酸序列互补的核苷酸序列；
(4)核苷酸序列在严格条件下能够与(1)-(2)任一限定的核苷酸序列杂交且具有
与(1)的多核苷酸相同功能的多核苷酸。
2.权利要求1所述的多核苷酸的用途，用于改良禾本科植物或用于制备改良的
禾本科植物；所述的改良禾本科植物包括：
促进禾本科植物茎的直径增加；
促进禾本科植物穗一级分支数，穗二级分枝数，每穗小穗数，单穗穗重或穗长
的增加；
促进禾本科植物茎秆的大、小维管束数目增加；
适度减少禾本科植物的分蘖数；
促进禾本科植物茎壁厚度增加；
促进禾本科植物株高的增加；
促进禾本科植物的产量增加；
促进禾本科植物的抗倒伏能力。
3.权利要求1所述的多核苷酸的用途，用于作为分子标记、筛选具有良好株型
或产量高的禾本科植物品种。
4.权利要求1所述的多核苷酸的用途，所述的多核苷酸是SEQIDNO:1所示
的多核苷酸，用于上调其下游的SPL14基因的表达。
5.如权利要求2-4任一所述的用途，其特征在于，所述的禾本科植物包括：水
稻，小麦，大麦、玉米、黑麦、高粱。
6.一种制备改良的禾本科植物的方法，其特征在于，所述方法包括：
将权利要求1所述的至少一条多核苷酸导入到需改良的禾本科植物中。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的方法是杂交的方法，包括：
(1)提供禾本科植物的亲本1和亲本2，亲本1是需改良的禾本科植物，亲本2
是基因组中包含权利要求1所述的多核苷酸的禾本科植物；
(2)将亲本1与亲本2进行杂交，获得杂交F1代；
(3)从获得的F1代中筛选包含权利要求1所述的至少一条多核苷酸的植株，将
其与亲本1回交；
(4)重复步骤(3)2～10次；
(5)获得包含权利要求1所述的至少一条多核苷酸且背景为亲本1的改良的禾
本科植物。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：从获得的F1代中筛
选同时包含权利要求1所述的多核苷酸的植株，将其与亲本1回交。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，利用选自下组的分子标记筛选包含
SEQIDNO:1的多核苷酸的植株：
如SEQIDNO:10和SEQIDNO:11的引物；
如SEQIDNO:17和SEQIDNO:18的引物，和/或限制性酶BcnI或HpaII；
如SEQIDNO:19和SEQIDNO:20的引物，和/或限制性酶VspI；
如SEQIDNO:21和SEQIDNO:22的引物，和/或限制性酶HaeIII；
如SEQIDNO:33和SEQIDNO:34的引物，和/或限制性酶HaeIII；
如SEQIDNO:35和SEQIDNO:36的引物；
如SEQIDNO:37和SEQIDNO:38的引物；
如SEQIDNO:39和SEQIDNO:40的引物；
如SEQIDNO:41和SEQIDNO:42的引物；
如SEQIDNO:43和SEQIDNO:44的引物，和/或限制性酶BamHI；
如SEQIDNO:45和SEQIDNO:46的引物和/或限制性酶AsuII；和/或
如SEQIDNO:47和SEQIDNO:48的引物和/或限制性酶Tsp45I。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，利用选自下组的标记筛选包含SEQ
IDNO:16序列的植株：
如SEQIDNO:23和SEQIDNO:24的引物，和/或限制性酶BamHI；
如SEQIDNO:25和SEQIDNO:26的引物，和/或限制性酶HaeIII；
如SEQIDNO:27和SEQIDNO:28的引物，和/或限制性酶HinfI；
如SEQIDNO:29和SEQIDNO:30的引物，和/或限制性酶HaeIII；
如SEQIDNO:31和SEQIDNO:32的引物，和/或限制性酶HinfI；
如SEQIDNO:49和SEQIDNO:50的引物；
如SEQIDNO:51和SEQIDNO:52的引物；
如SEQIDNO:53和SEQIDNO:54的引物；和/或
如SEQIDNO:55和SEQIDNO:56的引物。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的方法是转基因的方法，包
括：
(i)提供携带表...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祖华，张林，李群，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31