新的水稻杂种劣势基因及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术和育种领域，具体地，本发明涉及导致水稻杂种劣势的基因 及其应用。
【背景技术】
[0002] 水稻（Oryza sativa)是最重要的粮食作物，世界上三分之一以上的人口以水稻为 主食。由于水稻具有基因组小、遗传和物理图谱精细、转基因技术相对容易及与其它禾本科 作物的共线性的优点，水稻也一直作为优良的模式植物。随着水稻基因组测序的完成，人类 开始进入后基因组时代，全面开展水稻功能基因组研究和基因注释己成为生命科学的前沿 领域。因此水稻功能基因的研究对社会经济发展和生物学研究具有重大意义。
[0003] 为解决人口增长与耕地面积减少的矛盾，提高水稻品质(如提高水稻抗旱能力，提 高水稻单位面积产量）是人们面临的重大挑战。虽然20世纪50、60年代的矮化育种和70 年代的杂交水稻培育是水稻科学的两次革命，但近几年来水稻的品质提高开始徘徊。
[0004] 杂种劣势是一种生殖隔离形式，表现为不同物种间、或者同一物种不同亚群间，通 过人为构建或自然杂交形成的F1植株，生长和发育出现异常，通常不能存活至生殖生长阶 段，从而阻碍了亲本间的基因交流。而这种不同亲本间的遗传交流，正是利用杂种优势的前 提条件，所以说杂种劣势的存在阻碍了育种家对杂种优势的充分发掘和全面利用。实践表 明杂种优势能够极大提高作物产量，对解决世界粮食安全问题具有特别重要的意义。由此 可见，对杂种劣势基因的分离和克隆，不仅有助于我们深刻理解物种形成的分子机理，还能 指导我们对杂种优势的充分利用。
[0005] 因此，本领域迫切需要对水稻培育过程中出现的杂种劣势现象进行研究，从而培 育出性能优良的新的水稻品种。
【发明内容】
[0006] 本发明发现了野生稻中存在的三种新的基因，以及这三种基因及其蛋白在水稻杂 种劣势现象中所起到的作用。
[0007] 本发明第一方面，提供了一种多肽集合，所述的多肽集合包括SEQIDN0. :3所示 的突变蛋白，和选自下组的多肽序列：
[0008]⑴ SEQ ID N0. : 1-2 所示的多肽；
[0009] (ii)将如SEQ ID N0. : 1-2所示的多肽序列经过一个或几个氨基酸残基的保守性 取代、缺失或添加而形成的由（a)衍生的衍生多肽；或
[0010] (C)氨基酸序列与SEQ ID N0. :1-2所示氨基酸序列的同源性彡90%(较佳地 彡95%，更佳地98%)由（a)衍生的衍生多肽。
[0011] 在另一优选例中，所述多肽集合使得禾本植物产生杂种劣势；优选地，所述禾本植 物是小麦、大麦、水稻、玉米；优选地，所述禾本植物是水稻。
[0012] 在另一优选例中，所述杂种劣势在高温下产生。
[0013] 在另一优选例中，所述SEQ ID NO. :1所示的多肽或其衍生的多肽与SEQ ID NO. :2 所示的多肽或其衍生的多肽之间同源性大于70%，较佳地，大于75%、80%、85%、90%。
[0014] 在另一优选例中，SEQ ID N0. :3所示的突变蛋白与野生型枯草杆菌蛋白酶相比， 所述突变蛋白的第531位氨基酸由组氨酸（His)突变为亮氨酸（Leu)。
[0015] 本发明第二方面，提供了一种基因集合，所述的基因集合中的基因分别编码本发 明第一方面所述的多肽集合中的突变蛋白或多肽。
[0016] 在另一优选例中，所述的基因集合中的基因包括该基因的序列全长、cDNA。
[0017] 在另一优选例中，编码SEQ ID NO. : 1-2所示多肽的基因的cDNA序列如SEQ ID NO. : 4-5 所示。
[0018] 在另一优选例中，编码本发明第一方面所述多肽集合中突变蛋白基因的cDNA序 列如SEQ ID N0. :6所示。
[0019] 在另一优选例中，所述突变蛋白的编码序列与编码野生型蛋白基因的cDNA序列 相比，所述突变蛋白的编码cDNA序列在1592位由A突变为T。
[0020] 在另一优选例中，所述基因集合中的基因主要表达于禾本植物的根茎部。
[0021] 本发明第四方面，提供了一种表达载体，所述表达载体包含本发明第二方面所述 基因集合中的1个、2个或3个基因或其互补序列。
[0022] 在另一优选例中，所述的基因包括双链、或单链形式（如正义链序列和反义链序 列（即互补序列））。
[0023] 本发明第四方面，提供了一种转基因禾本植物细胞，所述禾本植物细胞包含本发 明第三方面所述的表达载体，或者所述禾本植物细胞的染色体中整合有本发明第二方面所 述基因集合中的1个、2个或3个基因或其互补序列。
[0024] 在一优选例中，所述禾本植物细胞来自小麦、大麦、水稻、玉米、高粱；优选地，所述 禾本植物细胞是水稻细胞。
[0025] 本发明第四方面，提供了 1个、2个或3个选自本分那么第一方面所述多肽集合的 多肽或其编码基因的用途，（i)用于预测禾本植物育种过程中产生的杂种劣势现象；（ii) 用于转基因禾本植物中的选择标记；或（iii)用于筛选禾本植物育种杂种劣势现象的抑制 剂。
[0026] 在一优选例中，所述禾本植物是小麦、大麦、水稻、玉米、高粱；更优选地，所述禾本 植物是水稻。
[0027] 本发明第六方面，提供了 1个、2个或3个选自本发明第一方面所述多肽集合的多 肽或其编码基因的抑制剂的用途，用于消除禾本植物育种杂种劣势现象。
[0028] 在一优选例中，所述禾本植物是小麦、大麦、水稻、玉米、高粱；更优选地，所述禾本 植物是水稻。
[0029] 在另一优选例中，所述的水稻包括籼稻、粳稻、或普通野生稻。
[0030] 在另一优选例中，所述选自本发明第一方面所述多肽集合的多肽序列如SEQ ID NO. : 1-3 所示。
[0031] 在另一优选例中，所述的抑制剂包括所述多肽的抗体、核酸抑制剂、小分子化合 物。
[0032] 在另一优选例中，所述的核酸抑制剂包括miRNA (siRNA、shRNA)。
[0033] 在另一优选例中，所述的杂种劣势表现为植株矮化、不定根数目减少、茎部或叶部 出现类病斑、植株开花前死亡、或单株产量减少。
[0034] 本发明第七方面，提供了一种消除禾本植物杂种劣势的方法，所述方法通过降低 禾本植株中1个、2个或3个选自本发明第一方面所述多肽集合的多肽或其编码序列的表达 量和/或活性，从而消除禾本杂种劣势。
[0035] 在一优选例中，所述降低禾本植株中1个、2个或3个选自本发明第一方面所述多 肽集合的多肽或其编码序列的表达量和/或活性，包括敲除1个、2个或3个选自本发明第 一方面所述多肽集合的多肽的编码基因。
[0036] 在一优选例中，所述禾本植物是小麦、大麦、水稻、玉米、高粱；优选地，所述禾本植 物是水稻。
[0037] 本发明第八方面，提供了一种筛选禾本植物杂种劣势抑制剂的方法，包括步骤：
[0038] (a)测定禾本植物中1个、2个或3个选自本发明第一方面所述多肽集合的多肽或 其编码序列的表达量和/或活性，并待测物质的存在或不存在的情况下，培育所述表达量 和/或活性高的禾本植物；
[0039] (b)测定培育的所述禾本植物中1个、2个或3个选自本发明第一方面所述多肽集 合的多肽或其编码序列的表达量和/或活性；
[0040] 如果与不存在所述待测物质的禾本植物相比，存在所述待测物质的禾本植物中所 述1个、2个或3个选自本发明第一方面所述多肽集合的多肽或其编码序列的表达量和/或 活性降低，则说明该待测物质能够作为禾本植物杂种劣势的抑制剂。
[0041] 在一优选例中，所述禾本植物是小麦、大麦、水稻、玉米、高粱；优选地，所述禾本植 物是水稻。
[0042] 本发明第九方面，提供了一种制备转基因禾本植物的方法，所述方法包括以下步 骤：
[0043] (a)获得本发明第四方面所述的禾本植物细胞；和
[0044] (b)将步骤（a)所得的转基因禾本植物细胞培育成独立的植株。
[0045] 在一优选例中，所述禾本植物是小麦、大麦、水稻、玉米、高粱；优选地，所述禾本植 物是水稻。
[0046] 本发明第十方面，提供了一种禾本植物愈