水稻粒形调控基因GS9及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一个水稻粒形调控基因GS9及其应用。该基因具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列，该基因编码蛋白质具有SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列。与野生型相比，GS9基因表达量上升，则籽粒粒长变短、粒宽增加，表现为短圆粒形；而GS9基因不表达，则籽粒粒长变长、粒宽降低，表现为细长粒形。本发明专利技术GS9基因能改良水稻粒形，显著减少稻米垩白状况，从而提高稻米外观品质，可在水稻遗传改良中开展应用。

Rice grain shape regulation gene GS9 and its application

The invention discloses a rice grain shape regulation gene GS9 and its application. The nucleotide sequence of SEQ gene with ID as shown in NO:1, the gene encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO:2 shown. Compared with the wild type GS9 gene expression increased, while the grain length and grain width increased, showed short round shape; and the GS9 gene expression is the grain length and grain width decreased, grain shape is slender. The GS9 gene of the invention can improve rice grain shape, significantly reduce rice chalkiness, and improve the appearance quality of rice. It can be applied in rice genetic improvement.

【技术实现步骤摘要】
水稻粒形调控基因GS9及其应用
本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及一个水稻粒形调控基因GS9的分离克隆和应用。
技术介绍
水稻粒形不仅是产量性状，同时也是稻米重要外观品质性状。籽粒形状，均匀性，透明度是稻米外观品质的重要方面。由于不同文化背景的消费者对籽粒形状偏好不同，总体来说，偏细长粒形的稻米更受大部分消费者的欢迎(Calingacion等2014)。水稻品种类型丰富，稻米粒形变异也极为复杂。粒形性状以多基因控制为主，属于复杂的数量性状，育种家很难通过传统方法来高效地改良水稻粒形。目前已克隆了多个控制粒形的QTLs，基因效应各异，这可能有利于水稻品种的遗传改良(Xing和Zhang,2010)。例如影响粒长和粒重的基因GS3、GL3.1、GLW7(Fan等2006；Qi等2012；Zhang等2012；Si等2016)，影响粒宽和粒重的基因GW2、GW5/qSW5、GS5、GW8(Song等2007；Shomura等2008；Weng等2008；Li等2011；Wang等2012)，影响粒长、粒宽和粒重的基因GS2、BG1(Hu等2015；Liu等2015)，还有影响粒形和稻米品质，不影响粒重的基因GL7/GW7(Wang等2015)。尽管已经克隆了许多水稻粒形相关基因，但调控粒形的分子机制，以及粒形调控网络还不清晰，仍然需要进一步挖掘控制粒形的基因，并解析其作用机制。因此，水稻粒形调控基因GS9的克隆和应用，对明确水稻中调控粒形的分子机制和其在育种中的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是分离克隆水稻中一个粒形调控基因GS9，该基因编码一个新的植物特有的未知表达蛋白。本专利技术提供了水稻粒形调控基因GS9的应用，利用该基因对水稻籽粒大小及稻米品质的调控，用于改良水稻品种的稻米品质。本专利技术提供了一个粒形调控基因GS9，其具有SEQIDNo.1所示的核苷酸序列。本专利技术所述的粒形调控基因GS9还包括其改进：核苷酸序列还包括在SEQIDNo.1所示的核苷酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因和衍生物。本专利技术同时还提供该基因编码的蛋白质，该蛋白质具有SEQIDNo.2所示的氨基酸序列。本专利技术所述的粒形调控基因GS9编码的蛋白质还包括其改进：氨基酸序列还包括在SEQIDNo.2所述的氨基酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个氨基酸生成的衍生物。本专利技术提供了包含水稻粒形调控基因GS9的质粒。本专利技术提供了包含水稻粒形调控基因GS9的植物表达载体。本专利技术提供了一种宿主细胞，该宿主细胞包含水稻粒形调控基因GS9。本专利技术提供了水稻粒形调控基因GS9的应用，用于改良水稻粒形、稻米品质。具体为：用水稻粒形调控基因GS9转化水稻细胞，再将转化后的水稻细胞培育成植株；或者利用常规杂交和回交方法将GS9基因导入目标水稻品种中，培育的水稻新品系。本专利技术可通过调节植物中GS9基因的表达或活性，调节水稻的籽粒形状，从而改良稻米品质。促进还是抑制GS9的表达活性主要取决于水稻所需改良的形状而定。当需要水稻籽粒细长时，可以通过抑制所述水稻中GS9基因的表达或活性来实现；当需要水稻籽粒短圆时，可以通过提高所述水稻中GS9基因的表达或活性来实现。增加GS9基因的表达的方法是本领域周知的，包括但不限于：通过强启动子驱动从而增强GS9基因的表达等。抑制GS9基因的表达的方法也是本领域周知的，包括但不限于：通过RNA干扰或基因敲除等实现。附图说明图1是日本晴和N138成熟籽粒的表型。图2是GS9基因的定位图。A为初步定位；B为精细定位；C为区间内存在的候选基因及其基因结构分析。图3是N138背景表达野生型GS9基因互补实验验证。图4是日本晴背景过表达GS9基因和CRISPR/Cas9技术靶向敲除GS9基因的转基因植株收获籽粒比较图。图5是GS9基因在水稻遗传改良中的应用；A-C为近等基因系NIL的主要农艺性状；D-E为近等基因系NIL的稻米外观观察；F-I为近等基因系NIL的稻米外观品质。图6是一种GS9基因的无义突变形式用于水稻粒形的改良。具体实施方式为理解本专利技术，下面以实施例进一步说明本专利技术，但不限制本专利技术。通过实例，科研人员可以对本专利技术有更清楚的了解，可以在此基础上对本专利技术做出一定的变更和修改，以获得不同的研究效果。实施例1：GS9基因的定位与克隆以粳稻品种日本晴为受体亲本，籼稻品种清芦占11为供体亲本(日本晴，清芦占11详见中国作物种质信息网http://icgr.caas.net.cn/)，构建了一套染色体片段替换系，从中发现了一个片段替换系N138，该系表现为籽粒细长(图1)。将N138与日本晴杂交，得到F1杂合植株，F1植株表现为正常籽粒。对来源于F1植株的F2分离群体进行遗传分析并初定位该目标基因，从F2群体中随机选取部分植株，发现正常籽粒植株:细长籽粒植株符合3:1的分离比例，表明该片段替换系N138含有一个控制籽粒细长的隐性基因。利用F3群体中2400个隐性单株，在初定位基础上继续设计分子标记，最终将该目标基因精细定位在分子标记IN0927和IN0929之间约5.9kb的物理范围内，并命名为GS9基因。我们设计了测序引物NIL(SEQIDNO.3和SEQIDNO.4)，采用PCR的方法分别从日本晴和N138基因组中扩增出该基因，序列比对分析发现在N138中该基因的编码区发生了长片段插入，该变异导致了GS9基因完全不表达，最终出现籽粒细长的表型。该GS9基因编码一个新的植物特有的未知表达蛋白。野生型日本晴中GS9基因具有SEQIDNo.1所示的核苷酸序列，其编码的蛋白质序列为SEQIDNo.2。将N138来源的GS9基因命名为gs9N138。该gs9N138基因是在野生型GS9基因编码区的第392位核苷酸位置插入了约7kb的无义的重复片段，是GS9基因的一种无义突变形式。以野生型日本晴的RNA为模板，合成第一链cDNA，用该GS9基因编码序列5’和3’端的寡核苷酸作为PCR引物(SEQIDNO.5和SEQIDNO.6)，然后将得到的1133bp包含GS9基因全长cDNA的扩增产物连接进克隆载体，并测序验证。确认无误后将该片段用KpnI和EcoRI双酶切，同时也用这两种内切酶对植物双元表达载体pCAMBIA1300(详见www.cambia.org)进行双酶切，再将两个酶切片段连接，得到重组载体p1300-GS9；紧接着以野生型日本晴的基因组DNA为模板，用该GS9基因上游5’和3’端的寡核苷酸作为PCR引物(SEQIDNO.7和SEQIDNO.8)，然后将得到的2283bp包含GS9基因上游启动子区的基因组DNA的扩增产物连接进克隆载体，并测序验证。确认无误后将该片段用HindIII和KpnI双酶切，同时也用这两种内切酶对p1300-GS9载体进行双酶切，再将两个酶切片段连接，得到重组载体p1300-Pro-GS9，把构建好的载体通过电击转入农杆菌菌株中。通过农杆菌介导的水稻遗传转化方法(刘巧泉等，植物生理学报.1998，24:259-271)将重组载体p1300-Pro-GS9导入染色体片段替换系N138，获得转基因植株N138-C。对籽粒进行表型观察，发现转基因植株N138-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水稻粒形调控基因GS9，其特征在于该基因具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列。

【技术特征摘要】
1.一种水稻粒形调控基因GS9，其特征在于该基因具有SEQIDNo.1所示的核苷酸序列。2.一种水稻粒形调控基因GS9的突变体、等位基因或衍生物，其特征在于，是在SEQIDNo.1所述的核苷酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因或衍生物。3.一种水稻粒形调控基因GS9编码的蛋白质，其特征在于该蛋白质具有SEQIDNo....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巧泉，赵冬生，李钱峰，张昌泉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32