调节植物株型和产量的基因及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及植物学和基因技术领域，更具体地，本发明设及调节植物株型和产量 的基因及其应用。
【背景技术】
[0002] 禾本科植物，特别是水稻作为重要粮食作物，养育了约世界1/2人口，然而随着人 口继续增加和可用耕地的减少，进一步提高单位面积植物产量成为当前育种的主要目标。 挖掘新的种质资源及其优势基因成为实现该目标的有效途径。上世纪50-60年代，矮杆品 种矮脚南特水稻的发现为世界粮食生产带来了第一次绿色革命，该品种GA20氧化酶突变 产生半矮杆表型，增加了水稻植株的抗倒伏和耐肥料能力，并最终提高了收获指数。随着矮 化育种的进行，一些限制因素也逐渐体现，矮化品种分葉旺盛，但也会产生很多无效分葉， 运些分葉与有效分葉竞争，降低结实率。针对运一情况，菲律宾国际水稻所（IRRI)在上个 世纪90年代提出了新的育种策略，即选择的品种应该具备分葉减少，穗大且茎杆粗壮的特 点，运样可W保证所有分葉都长成有效穗并增加库容同时具备抗倒伏的能力，具备运些特 点的品种被称作新株型品种，发掘新株型种质及其调控序列将加速其育种进程，快速改良 现有品种。
[0003] 茎杆是水稻穗子的主要支撑器官，在适度植株高度下，茎杆粗壮是水稻品种尤其 是大穗品种在后期成熟时抗倒伏的关键因素，另外，茎杆中大、小维管束的数目与穗分支数 目相关性显著，茎杆粗壮的品种一般穗也较大。株高降低会导致干物质降低，而茎杆粗壮能 够弥补运一缺陷，其作为储藏器官积累更多的光合产物用于成熟期谷粒灌浆。因此，茎杆可 W作为一个株型指标来衡量水稻产量潜力，并用于探索新株型水稻的遗传机制。
[0004] 穗形态是产量的重要组成元件，包括穗一级分支，穗二级分支，穗长W及穗密度， 多个基因参与对运些性状的调控。基因聚合是常规育种中的一种有效策略，即将控制重要 农艺性状的不同遗传位点（基因）导入相同的品种，从而改良对应品种。因此，将控制穗形 态的不同基因采用聚合的方法导入同一品种中，可实现对穗形态的调控，从而提高产量。
[0005] 作为一个重要农作物，水稻经历了从野生稻到栽培稻的驯化过程，运一过程产生 了许多种质资源，运些资源包含大量的优良自然变异，尽管目前水稻育种技术和流程已经 十分完善，但目前已经遇到瓶颈，现有基因库趋于狭窄，为了进一步提高产量，急需寻找新 的自然变异来改良现有品种，寻找合适的种质是实现运一愿望的重要前提。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种调节植物株型和产量的基因及其应用。
[0007] 在本发明的第一方面，提供一种分离的多核巧酸，所述的多核巧酸选自：
[000引 （1)核巧酸序列如SEQ ID NO: 1 (qWS8)和/或SEQ ID NO: 16 (qPL6)所示的多核巧 酸；
[000引 似与（1)限定的核巧酸序列有90 % W上（优选95% W上，更优选98% W上，最 优选99% W上）相同性且具有与（I)的多核巧酸相同功能的核巧酸序列；
[0010] (3)与（1)-(2)任一限定的核巧酸序列互补（优选完全互补）的核巧酸序列；
[0011] (4)核巧酸序列在严格条件下能够与（1)限定的核巧酸序列杂交且具有与（1)的 多核巧酸相同功能的多核巧酸。
[0012] 在本发明的另一方面，提供所述的多核巧酸的用途，用于改良禾本科植物或用于 制备改良的禾本科植物；所述的改良禾本科植物包括：促进禾本科植物茎的直径增加；促 进禾本科植物穗一级分支数，穗二级分枝数，每穗小穗数，单穗穗重或穗长的增加；促进禾 本科植物茎杆的大、小维管束数目增加；适度减少禾本科植物的分葉数；促进禾本科植物 茎壁厚度增加；促进禾本科植物株高的增加；促进禾本科植物的产量增加；促进禾本科植 物的抗倒伏能力。
[0013] 在本发明的另一方面，提供所述的多核巧酸（SEQ ID N0:1所示的多核巧酸，qWS8) 的用途，用于作为分子标记、筛选具有良好株型或产量高的禾本科植物品种。
[0014] 在本发明的另一方面，提供所述的多核巧酸（qWS8)的用途，用于调控其下游的 S化14基因的表达。
[0015] 在一个优选例中，所述的禾本科植物包括：水稻，小麦，大麦、玉米、黑麦、高梁。
[0016] 在本发明的另一方面，提供一种制备改良的禾本科植物的方法所述方法包括：将 所述的至少一条（1-2条）多核巧酸导入到需改良的禾本科植物中。
[0017] 在一个优选例中，所述的方法是杂交的方法，包括：
[0018] (1)提供禾本科植物的亲本1和亲本2,亲本1是需改良的禾本科植物，亲本2是 基因组中包含所述的多核巧酸的禾本科植物；
[0019] (2)将亲本1与亲本2进行杂交，获得杂交Fl代；
[0020] (3)从获得的Fl代中筛选包含所述的至少一条多核巧酸的植株，将其与亲本1回 交；
[0021] (4)重复步骤（3) 2~10次（如3次、5次、10次）；
[0022] (5)获得包含所述的至少一条多核巧酸且背景为亲本1的改良的禾本科植物。
[0023] 在另一优选例中，所述的亲本2是WS3植株。
[0024] 在另一优选例中，所述的亲本1是梗稻品种日本晴，早釉品种ZS97,如有其它估计 可行的请补充。
[00巧]在另一优选例中，所述的包含所述的多核巧酸（qWS8)且背景为亲本1的改良的禾 本科植物可W继续传代，如形成F2代、F3代等。
[0026] 在另一优选例中，步骤（3)包括：从获得的Fl代中筛选同时包含SEQ ID NO: 1序 列（9胖58)和569 10^:16序列（9?16)的植株，将其与亲本1回交。
[0027] 在另一优选例中，利用选自下组的分子标记筛选包含所述的多核巧酸（qWS8)的 植株：
[0028] 如沈Q ID NO: 10 和沈Q ID NO: 11 的引物；
[0029] 如沈Q ID NO: 17和沈Q ID NO: 18的引物，和/或限制性酶BcnI或HpaII (针对 基因组中25370795位点）；
[0030] 如沈Q ID NO: 19和沈Q ID N0:20的引物，和/或限制性酶VspI (针对基因组中 25368203 位点）；
[003。 如沈Q ID N0:21和沈Q ID N0:22的引物，和/或限制性酶化eIII(针对基因组 中 25374393 位点）；
[0032] 如沈Q ID NO: 33和沈Q ID NO: 34的引物，和/或限制性酶HaeIII ;
[0033] 如沈Q ID NO:35 和沈Q ID NO:36 的引物；
[0034] 如沈Q ID NO:37 和沈Q ID NO:38 的引物；
[0035] 如沈Q ID NO:39 和沈Q ID NO:40 的引物；
[0036] 如沈Q ID NO:41 和沈Q ID NO:42 的引物；
[0037] 如沈Q ID NO:43和沈Q ID NO:44的引物，和/或限制性酶BamHI ;
[0038] 如沈Q ID NO: 45和沈Q ID NO: 46的引物和/或限制性酶AsuII ;和/或
[0039] 如沈Q ID NO:47和沈Q ID NO:48的引物和/或限制性酶Tsp451。
[0040] 在另一优选例中，利用选自下组的标记筛选包含SEQ ID NO: 16序列（qPL6)的植 株：
[0041] 如沈Q ID NO: 23和沈Q ID NO: 24的引物，和/或限制性酶BamHI ;
[0042] 如沈Q ID NO: 25和沈Q ID NO: 26的引物，和/或限制性酶HaeIII ;
[0043] 如沈Q ID NO: 27和沈Q ID NO: 28的引物，和/或限制性酶HinfI ;
[0044] 如沈Q ID NO: 29和沈Q ID NO: 30的引物，和/或限制性酶HaeIII ;
[0045] 如沈Q ID NO: 31和沈Q ID NO: 32的引物，和/或限制性酶HinfI ;
[0046] 如沈Q ID NO:49 和沈Q ID NO:50 的引物；
[0047] 如沈Q ID NO:51 和沈Q ID NO:52 的引物；
[0048] 如沈Q ID NO:53和沈Q ID NO:54的引物；和/或
[0049] 如沈Q ID NO:55 和沈Q ID NO:56 的引物。
[0050] 在另一优选例中，所述的方法是转基因的方法，包括：
[0051] (i)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有至少一条所述的多核巧 酸；
[0052] (ii)将禾本科植物组织或器官与步骤（i)中的农杆菌接触，从而使所述的至少一 条多核巧酸转入禾本科植物。
[0053] 在另一优选例中，所述方法还包括：
[0054] (iii)选择出转入了所述的多核巧酸的禾本科植物组织或器官；W及 [00巧](iv)将步骤（iii)中的植物组织或器官再生并选出转基因植物。
[0056] 在另一优选例中，所述的禾本科植物包括：水稻，小麦，大麦、玉米、黑麦、高梁。
[0057] 在本发明的另一方面，提供一种载体，它含有所述的多核巧酸。
[0058] 在本发明的另一方面，提供一种遗传工程化的宿主细胞，它含有所述的载体。
[0059] 在本发明的另一方面，提供一种鉴定具有良好株型或产量高的禾本科植物品种的 方法，所述方法包括：对于待测禾本科植物（如植物种子），分析其基因组中是否具有所述 的多核巧酸（SEQ ID NO: 1或SEQ ID NO: 16)，若具有，则表明该植物是具有良好株型或产量 高的禾本科植物品种。
[0060] 在一个优选例中，利用沈Q ID NO: 10和沈Q ID NO: 11的引物、或沈Q ID NO: 17和 SEQ ID NO: 18的引物、或沈Q ID NO: 19和沈Q ID N0:20的引物、或沈Q ID N0:21和沈Q ID N0:22的引物、或沈Q ID N0:33和沈Q ID N0:34的引物、或沈Q ID N0:35和沈Q ID N0:36的引物、或沈Q ID N0:37和沈Q ID N0:38的引物、或沈Q ID N0:39和沈Q ID N0:40 的引物、或沈Q ID N0:41和沈Q ID N0:42的引物；或沈Q ID N0:43和沈Q ID N0:44的引 物；或沈Q ID NO: 45和沈Q ID NO: 46的引物；或沈Q ID NO: 47和沈Q ID NO: 48的引物来 对测禾本科植物的基因组进行扩增，W确定是否存在所述的多核巧酸（qWS8)。
[0061] 在另一优选例中，所述的方法还包括对于待测禾本科植物（如植物种子），分析其 基因组中是否具有SEQ ID NO: 16的多核巧酸，若具有，则表明该植物是具有良好株型或产 量高的禾本科植物品种；较佳地，利用SEQ ID N0:23和SEQ ID N0:24的引物、或SEQ ID N0:25和沈Q ID N0:26的引物、或沈Q ID N0:27和沈Q ID N0:28的引物、或沈Q ID N0:29 和沈Q ID N0:30的引物、或沈Q ID N0:31和沈Q ID N0:32的引物、或沈Q ID N0:49和 SEQ ID N0:50的引物、或沈Q ID N0:51和沈Q ID N0:52的引物、或沈Q ID N0:53和沈Q ID N0:54的引物、或SEQ ID N0:55和SEQ ID N0:56的引物，来对测禾本科植物的基因组进 行扩增，W确定是否存在SEQ ID NO: 16 (qPL6)的多核巧酸。
[0062] 在另一优选例中，利用限制性内切酶进行酶切来对待测禾本科植物的基因组进 行酶切，根据酶切获得的条带位置不同来确定待测禾本科植物中是否存在所述的多核巧 酸（qWS8)，若存在对应于所述的多核巧酸的特异性条带，则表明该植物是具有良好株型或 产量高的禾本科植物品种；较佳地，所述的限制性内切酶选自（但不限于）：甜al，EcoRI, 化〇1，SacI，MieI，SpeI (单酶切或双酶切组合）。
[0063] 在本发明的另一方面，提供用于鉴定性状发生改良的禾本科植物的引物（或引物 集），所述的引物包括姻沈Q ID NO: 10和沈Q ID NO: 11的引物姻沈Q ID NO: 17和沈Q ID NO: 18的引物；女曰沈Q ID NO: 19和沈Q ID NO:20的引物；女曰沈Q ID NO:21和沈Q ID N0:22的引物；如沈Q ID N0:33和沈Q ID N0:34的引物；女曰沈Q ID N0:35和沈Q ID N0:36 的引物；女曰沈Q ID NO:37和沈Q ID NO:38的引物；女曰沈Q ID NO:39和沈Q ID NO:40的 引物；如 SEQ ID N0:41 和 SEQ ID N0:42 的引物；如 SEQ ID N0:43 和 SEQ ID N0:44 的引 物；如沈Q ID NO:45和沈Q ID NO:46的引物；如沈Q ID NO:47和沈Q ID NO:48的引物； 如沈