一种控制玉米行粒数和穗粒数的多效性基因及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及一种控制玉米行粒数和穗粒数的 多效性基因及其应用，本发明的基因来源于玉米QTL qKNPR6,位于玉米第6染色体上。该 基因控制玉米雌穗行粒数和穗粒数重要产量性状。本发明公开了一个控制qKNPR6的基因 ZmSTKR的分离克隆、功能证实及其应用价值，本发明还涉及基于该基因的分子标记开发与 应用。
【背景技术】
[0002] 玉米（Zea may L.)是当今世界最重要的粮食、饲料、工业原料和能源作物，在保障 世界粮食安全、经济发展及缓解能源危机等方面作用巨大。与1990年相比，我国2010年玉 米总产量增加了 1. 83倍，但总产的增加主要依赖于种植面积的增加，单产提高对总产增加 的贡献约35%~40%。由于土地供给的刚性制约，为满足我国国民经济持续发展对玉米的需 求，提高玉米单位面积产量是遗传育种学科的重大课题。
[0003] 在特定种植密度下，玉米单位面积产量由单穗籽粒产量与穗数决定；而单穗籽粒 产量又由每穗粒数（Kernel Number per Ear:KNE)和百粒重所决定。可见，KNE是一个重 要的产量因子，分离并利用控制玉米穗粒数的关键基因，不仅有助于阐明KNE形成的遗传 基础，也可为玉米育种提供基因资源和理论支撑。
[0004] 鉴于此，本发明利用图位克隆技术，分离了一个位于玉米第6染色体上，可控制玉 米行粒数和穗粒数的QTL qKNPR6,该基因为ZmSTKR，编码一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类 受体（ser/thr protein kinase receptor)蛋白。基于连锁分析、自然群体中等位基因的 效应分析、水稻遗传转化分析和相关分子生物学分析，证实了该基因在控制穗长、行粒数和 穗粒数等性状上的生物学功能及其作用机理。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供了一种控制玉米行粒数和穗粒数的多效性基因 ZmSTKR，其 序列为SEQ ID NO. 1所示。该基因具有提高玉米行粒数和穗粒数的功能，其对应cDNA序列 为SEQ ID NO. 2所示，⑶S序列为SEQ ID NO. 3所示，其编码的蛋白质的氨基酸序列为SEQ ID NO. 4 所示。
[0006] 本发明的另一个目的在于提供了一种控制玉米行粒数和穗粒数的多效性基因的 制备方法，该方法易行，操作简便。
[0007] 本发明的另一个目的在于提供了一种基于基因 ZmSTKR分子标记的引物，针对掖 478和SL57-6ZmSTKR基因序列差异，设计基因标记，通过分子标记辅助选择方法，能够准确 快捷的区分控制行粒数等位基因型的优劣，即选择具有与SL57-6ZmSTKR相同的等位基因 型的自交系作为优异的等位变异用于玉米的遗传改良。
[0008] 本发明还提供了一种基于基因 ZmSTKR分子标记的引物在玉米高产育种分子标记 辅助选择中的应用。
[0009] 本发明的最后一个目的在于提供了一种控制玉米行粒数和穗粒数的多效性基因 在农作物增产中的应用，通过增加农作物穗粒数和行粒数，达到增产的目的。
[0010] 为了达到上述目的，本发明采取以下技术措施：
[0011] 本发明的设计思路如下：
[0012] 本发明是利用图位克隆技术分离位于玉米第6染色体的行粒数和穗粒数性状的 QTLqKNPR6,并对候选基因进行生物学功能验证，将获得的该基因命名为ZmSTKR (在以下描 述中，当出现QTL qKNPR6时，即为ZmSTKR基因）。
[0013] 一种控制玉米行粒数和穗粒数的多效性基因，通过以下步骤制备得到：
[0014] 提取SL57-6植株叶片总DNA，根据玉米B73基因组参考序列设计引物，ZmSTKR基 因 PCR扩增重测序，获得了 ZmSTKR基因完整的核苷酸序列（SEQ ID NO. 1所示)，引物表1所 示(扩增SL57-6所用引物ID: 10,11，12,13)。PCR扩增程序：94°C预变性5min，然后以94°C 变性40s，57°C退火40s，72°C延伸90s，进行35个循环，最后72°C延伸5min。
[0015] 扩增体系：
【主权项】
1. 一种分离的基因為，其序列为SEQ ID NO. 1所示。
2. 权利要求1所述基因的⑶S，其序列为SEQ ID NO. 3所示。
3. 权利要求1或2所述基因编码的蛋白质，其序列为SEQ ID NO. 4所示。
4. 权利要求1所述基因ZffiJTXTP分子标记的引物，具体如下： GSP3 ：GTCCCGACTTCCGATAAA； TEP ：TGCTGCGTCAAGAAACAA； GSPl ：CCTTTTCTTTTCTTTCCTTTT； GSP2：ACATCTGACTGCTTTCCTAAC〇
5. 权利要求1或2所述基因在提高农作物产量中的应用。
6. 权利要求1或2所述基因在提高玉米产量中的应用。
7. 权利要求1或2所述基因在提高水稻产量中的应用。
8. 权利要求4所述引物在玉米高产育种分子标记辅助选择中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种控制玉米行粒数和穗粒数的多效性基因及其应用，本发明的ZmSTKR基因来源于玉米QTLqKNPR6，位于玉米第6染色体上。其序列为SEQIDNO.1所示，对应的CDS为SEQIDNO.3所示，该基因控制玉米雌穗行粒数和穗粒数重要产量性状。通过在水稻中超表达该基因，可明显增加水稻的穗粒数和行粒数，达到增产的目的，针对掖478和SL57-6ZmSTKR基因序列差异，设计基因标记，通过分子标记辅助选择方法，能够准确快捷的区分控制行粒数等位基因型的优劣，选择具有SL57-6ZmSTKR相同的等位基因型的自交系作为优异的等位变异用于玉米的遗传改良。
【IPC分类】A01H5-00, C12N15-11, C07K14-705, C12N15-29, C12Q1-68
【公开号】CN104878018
【申请号】CN201410070155
【发明人】张祖新, 贾海涛, 刘瑞响, 朱秋丽, 郝妍妍
【申请人】华中农业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日