控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开降低水稻株高、提高抗倒伏能力、增加水稻分蘖数和产量的SDT基因及其应用。SDT基因编码OsmiR156h。在半矮化多分蘖的sdt水稻突变体中，sdt基因转录的mRNA的3’-UTR长度比野生型SDT基因转录的3’-UTR短，导致sdt基因转录水平比野生型SDT基因表达水平更高。遗传分析表明sdt是一个半显性突变，它能抑制茎秆细胞的纵向分裂来控制各节间长度和株高，进而提高水稻的抗倒伏能力；同时，它能增加水稻有效分蘖数，进而提高水稻每株穗粒数和产量。本发明首次证明调控OsmiR156h基因转录mRNA的3’-UTR长度可以改变该基因的表达水平，进而实现培育具有优良性状的水稻的应用前景。
【专利说明】控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于植物生物【技术领域】。具体地，本发明涉及一种控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因及其应用。本发明还涉及该基因的非编码区序列。
【背景技术】
[0002]水稻(Oryza sativa L.)是世界上十分重要的粮食作物之一，水稻单产提高与保障粮食安全和农业可持续发展气息相关。在目前农业生产中，水稻产量的提高依赖于大量的外加施肥，但是这样会加大在水稻成熟期产生倒伏减产的危险性，从而又限制了肥料的施用量。应对这个矛盾的方法是水稻半矮杆基因sdl的广泛应用u——该基因又被称为“绿色革命”基因，其应用导致了上世纪60年代开始影响至今的水稻大幅增产的“第一次绿色革命”3’4。在第一次绿色革命的基础上，如何继续提高水稻单产以适应不断增长的人口和粮食需求，是水稻育种家的追求目标。尽管sdl基因已在目前农业生产中被广泛应用，但是倒伏问题仍然是一个高产育种面临的瓶颈。在高产水稻新品种培育的过程中，迫切需要发掘新型的半矮化基因，能够保证在sdl基因的应用基础上继续提高抗倒能力和产量。本发明就描述了一种新的可以提高水稻抗倒能力，同时提高水稻分蘖数和产量的水稻基因SDT (SEMID WARFAND HIGH-TILLERING)。
【发明内容】
[0003]本发明涉及一种控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因及其应用。更具体地，本发 明人利用水稻半矮化多分蘖突变体sdt与水稻晚3杂交构建的遗传群体，采用QTL分析和图位克隆的方法首次克隆了控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因(SDT与其3’-UTR变短的突变体sdt)，并通过构建含有SDT基因启动子驱动下的SDT和sdt cDNA的载体转化皖稻44(野生型)材料的阳性转基因植株来验证SDT与sdt基因的功能。
[0004]本发明的目的在于提供一种从水稻中分离克隆的一个可同时提高抗倒伏能力和产量的重要功能基因及其应用。
[0005]本发明通过杂交，利用图位克隆的方法，将SDT基因精细定位到水稻第六号染色体长臂26.3Kb的物理范围内，该区段有三个预测的候选基因，测序比较分析表明只有其中一个基因L0C_0s06g44034的第二个外显子上检测到片段插入和缺失突变。该基因有5个外显子，编码0smiR156h基因的pre-mRNA。编码0smiR156h莖环结构(SEQ ID NO:5序列)位于第一个外显子，之后的第一外显子及第二到五外显子产生一个长的3’ -UTR(3’ -非编码区)尾巴。
[0006]本发明的第一个方面，指通过回交和分子标记辅助筛选，构建了含有突变的半矮化多分蘖基因sdt的水稻材料，包括皖稻44-sdt、安选6-sdt、9311背景下的染色体片段置换系材料CSSL-sdt和近等基因系9311-sdt/sdl、9311-sdt/SDl、与优异等位变异OsSPLHwfp杂交得到的近等基因系NIL-OsSPLHwplVsdt等。
[0007]本发明的第二方面涉及控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因，其为一种分离的多核苷酸，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列:
[0008](I) SEQ ID NOs: 1-4中的任何一个所示的核苷酸序列；
[0009](2)与(I)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列；
[0010](3)与(I)的核苷酸序列具有至少70%、优选至少80%、更优选至少90%、尤其是至少95 %或98 %或99 %序列同一性的核苷酸序列；
[0011](4)经过剪接之后 与SEQ ID NOs:1_4具有至少70%、优选至少80%、更优选至少90%、尤其是至少95%或98%或99%的序列同一性的核苷酸序列；；
[0012](5)以(I)的核苷酸序列为作用核心而衍生的核苷酸序列
[0013](6) (1)-(5)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或
[0014](7)与(1)-(5)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
[0015]其中，控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加有效分蘖数和产量的基因的野生型形式用SDT表示，其3’ -UTR变短的突变体形式用sdt表示。SDT cDNA序列及其突变体、相关启动子和3’ -UTR的核苷酸序列由SEQ ID NOs:1-10所示，具体参见下表1。
[0016]本发明的第三方面包括控制水稻株高、抗倒伏能力、有效分蘖数和产量的基因的非编码区序列(包括启动子和3’ -非编码区序列等)，其包含如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列:
[0017](I)SEQ ID NOs:6_10所示的核苷酸序列；
[0018](2)与(I)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列；
[0019](3)与(I)的核苷酸序列具有至少70%、优选至少80%、更优选至少90%、尤其是至少95%或98%同一性的核苷酸序列；
[0020](4) (1)-(3)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或
[0021](5)与(1)-(4)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
[0022]表1:SEQ ID NOs:1_10的序列名称及来源
[0023]
【权利要求】
1.控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加水稻有效分蘖数和产量的基因，其为一种分离的多核苷酸，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列: (1)SEQID NOs:1-4中的任何一个所示的核苷酸序列； (2)与(I)的核苷酸序列的互补序列在中等严格条件、优选高严格杂交条件下杂交的核苷酸序列； (3)与(I)的核苷酸序列具有至少70%、优选至少80%、更优选至少90%、尤其是至少95%或98%序列同一性的核苷酸序列； (4)经过剪接之后与SEQIDNOs: 1_4具有至少70%、优选至少80%、更优选至少90%、尤其是至少95%或98%的序列同一性的核苷酸序列； (5)以(I)的核苷酸序列为作用核心而衍生的核苷酸序列； (6)⑴-(5)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或 (7)与(1)-(5)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
2.一种重组构建体，其特征在于包含权利要求1的基因的多核苷酸序列，所述构建体所用的载体是克隆载体或者用于表达所述多核苷酸的表达载体。
3.—种重组宿主细胞，其特征在于包含权利要求1的基因的多核苷酸序列或权利要求2的重组构建体，或它的基因组中整合有权利要求1的基因的多核苷酸序列，其中所述细胞为微生物细胞。
4.权利要求3所述的重组宿主细胞，其中所述细胞为大肠杆菌细胞。
5.权利要求3所述的重组宿主细胞，其中所述细胞为农杆菌细胞。
6.一种培育产量提高的作物的方法，所述方法包括:利用权利要求3的重组宿主细胞获得转基因作物，或将权利要求1所述的基因转染到作物细胞中获得转基因作物植株，或将含有权利要求1所述的控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加分蘖数和产量的基因的作物植株与另一作物植物杂交得到杂交作物植株，使得所述转基因作物或杂交作物中权利要求I所述的控制水稻株高、抗倒伏能力、分蘖数和产量的基因的表达量增加，从而获得株高降低、抗倒伏能力增强、分蘖数和产量增加的作物。
7.权利要求6所述的方法，其中所述作物选自水稻或小麦。
8.一种调控目标基因表达水平的方法，所述方法包括:将包含SEQ ID NO:6的构建体转入植物细胞中，使SEQ ID NO:6插入到所述目标基因的3’-UTR，使得所述目标基因的3’-UTR长度变短，影响所述目标基因的mRNA表达水平，从而实现对所述目标基因表达的调控。
9.一种培育产量提高的作物的方法，所述方法包括:将包含SEQ ID NO:6的构建体转入作物中，使SEQ ID NO:6插入到0smiR156h基因的3’-UTR，从而使得所述作物中0smiR156h基因的mRNA表达水平增加，由此获得株高降低、抗倒伏能力增强、分蘖数和产量增加的作物，其中所述作物选自水稻或小麦。
10.一种培育产量提高的水稻的方法，所述方法包括:在包含OsSPLHwfp基因的背景下，导入SEQ ID NO:2或4所示的控制水稻株高、抗倒伏能力、分蘖数和产量的基因。
11.一种培育产量提高的水稻的方法，所述方法包括:在包含sdl基因的背景下，导入SEQ ID NO:2或4所示的控制水稻株高、抗倒伏能力、分蘖数和产量的基因。
12.权利要求1所述的控制水稻株高、提高抗倒伏能力、增加水稻有效分蘖数和产量的基因的启动子序列，其为SEQ ID NO:7或8。
【文档编号】C12N15/29GK103993018SQ201410091549
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】傅向东, 赵孟, 吴昆 , 吴跃进, 刘斌美, 刘倩 申请人:中国科学院遗传与发育生物学研究所