水稻株高的表观调控位点及其应用
【技术领域】：
[0001] 本发明属于植物分子生物学领域，具体涉及水稻株高的表观调控位点，所述表观 调控位点通过改变旁邻基因的表达，进而控制水稻的株高。
【背景技术】
[0002] 赤霉素（gibberellins，GAs)是一种重要的双萜类植物激素，调节植物整个生 命周期不同阶段的生长发育，如种子萌发、茎杆伸长、叶片伸展、花的发生以及果实发育等 (Yamaguchi，2008)。至今，已从不同植物中先后鉴定出130多种结构不同的GA，但其中只有 少数GA具有生理活性，如GA1、GA3、GA4和GA7等（Yamaguchi，2008)。众所周知，20世纪 60年代"绿色革命"即半矮化育种的推广使得世界粮食产量大幅提高，而发挥重要作用的小 麦Rhtl (reduced heightl)基因和水稻sdl(semi-dwarfl)基因都与赤霉素有关（Peng et al. ,1999 ；Sasaki et al. ,2002 ；Spielmeyer et al. ,2002)〇
[0003] 在水稻基因组中存在两个双萜类化合物合成的基因簇，分别位于2,4号染色体 上。其中包含了不同类型的CPS和KS合成酶（如0sCPS2、0sCPS4和0sKSL4-7)，它们可 以将GA前体GGPP进一步催化成其它分支上的不同植保素 （Swaminathan et al.，2009)。 这些研究结果都表明在对以GGPP为前体的任何萜类合成途径分支的操纵都会影响其他的 分支上化合物的合成。GA2ox催化2 β -羟基化使活性GAl和GA4钝化的GA8和GA34 (图 1)，可以有效地调控对拟南芥植株体内活性GA浓度，将其过表达后植株便显出GA缺失 的矮化表型（Schomburg et al. ,2003)。另有研究发现，在水稻中存在一条新的GA钝化 机制，即EUI (Elongated UppermostInternode)基因编码一个细胞色素 P450单氧化酶 (CYP714D1)，可以使活性GA4的16,17-双键发生环氧化形成16 α，17-二羟醇进而被钝化 (Nels〇n2004)。水稻eui缺失突变体变现为高杆，特别是倒一节茎杆内积累较多的GA;而过 表达ΕΠ 水稻株高变矮，体内检测到16 α，17-二羟醇的存在，表明ΕΠ 使活性GA钝化。另 外，在许多植物中都存在16a，17-二羟醇，这说明ΕΠ 催化的16,17-环氧化可能是一种普 遍的GA去活化机制（Luo et al.，2006;Zhu et al.，2006)。总之，植物GA合成和代谢途 径对活性GA的响应，一方面通过改变GA合成反应（上下调合成关键酶基因），另一方面通 过改变GA钝化反应（上下调钝化相关酶基因），来实现植物体内活性GA水平的稳态平衡。
[0004] MITEs (mimnature inverted-repeats transposable elements)是植物中重要的 一类转座子在许多真核生物和原核生物基因组中都存在（Feng et al.，2002 ;Feschotte et al.，2002)。MITEs片段较小（通常80-500bp)，而且在基因组中有很多的拷贝，大多数 都存在于靠近基因附近的非编码区（内含子，5' -UTRs，3' -UTRs)，可能调控附近基因 的表达（〇ki et al. ,2008 ;Piriyapongsa and Jordan, 2008)。与拟南芥不同，在水稻中 MITEs是拷贝数最高的转座子（Jiang et al.，2004)。MITEs转录后形成具有茎环结构的 RNA，可以产生siRNA和miRNA两类小分子RNA，它是siRNA向miRNA进化转变过程的中间体 (Piriyapongsa and Jordan，2008)。水稻中由 MITE 产生的 siRNA441，siRNA446 在水稻响 应ABA信号途径以及干旱、盐、冷等非生物胁迫时可能作为正调控因子。它们主要通过降解 靶基因 F-box基因 mRNA来发挥作用（Yan et al.，2011)。与拟南芥相比，水稻基因组中含 有更加丰富的转座子或重复序列，并且这些序列存在多数水稻基因附近。来源于TEs的大 量24-nt siRNA可能通过对旁邻基因进行DNA或组蛋白甲基化表观修饰来调控其表达，最 终精细地调节水稻的整个发育阶段。
[0005] 水稻是我国最重要的粮食作物之一，关系到我国粮食安全以及人民生活的基本保 障。水稻株型育种一直是现代育种学家关注的焦点问题之一。随着分子生物学、功能基因 组学以及高通量测序等手段的广泛应用，TEs产生24-nt siRNA调控赤霉素代谢相关基因， 进而影响水稻株高的分子机理研究不断深入，可以为分子改良作物的重要农艺性状提供了 重要线索和依据。
[0006] 本研究首次提供了利用水稻特异调控元件TE培育矮杆水稻的方法，这不仅提供 了一种解决水稻倒伏的方法，而且为解决现代分子设计育种问题提供了一个切实的方案， 具有重要的意义。
【发明内容】
[0007] 本发明包含了 5个赤霉素代谢相关基因，旁邻TEs产生24-nt siRNA能够表观调 控这些基因的表达，为水稻株高育种提供重要线索和依据，可作为筛选水稻矮化资源的新 手段。
[0008] 本发明所提供的水稻株高调控位点，包括5个赤霉素代谢相关基因的旁邻TEs位 点，所述旁邻MITEs位点的核苷酸序列分别如SEQ IDNO :1、2、3、4、5、6和7所示。
[0009] 其中，序列表中的SEQ ID NO :1为由172bp DNA序列组成的Gaijin/Gaigin-like ΜΙΤΕ类转座子，位于CYP76M7L0C_0s02g36110基因上游-194bp到-23bp，此位点能够产生 高丰度的24-nt siRNA，可能通过介导表观修饰调控旁侧GA合成代谢相关基因 CYP76M7的 表达。
[0010] 序列表中的 SEQ ID NO :2 为由 151bp DNA 序列组成的 adh，type D-like MITE 类 转座子，位于0sKSL7L0C 0s02936140基因的+1415bp到+1565bp第2个内含子里。此位 点能够产生高丰度的24-nt siRNA，可能通过介导表观修饰调控旁侧GA合成代谢相关基因 0sKSL7的表达。
[0011] 序列表中的SEQ ID NO :3为由120bp DNA序列组成的En/Spm-like DNA转座子， 位于0sCPS4L0C_0s04g09900基因上游-1478bp到-1359bp。此位点能够产生高丰度的 24-ntsiRNA，可能通过介导表观修饰调控旁侧GA合成代谢相关基因0sCPS4的表达。
[0012] 序列表中的 SEQ ID NO :4 为由 171bp DNA 序列组成的 adh，type D-like MITE 类 转座子，位于CYP99A3L0C_0s04g09920基因上游-1478bp到-1359bp。此