专利名称：控制水稻粒宽、粒重和产量的基因及其应用的制作方法
技术领域：
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粒宽、粒重和产量的基因及其应用。本发明还涉及由该基因编码的多肽和该基因的启动子序列。
背景技术：
水稻(Oryza sativa L.)是世界上十分重要的粮食作物，也是我国第一大粮食作物，全球近一半的人口以稻米为主食(Tan et al，2000)，随着世界总人口的不断增加，为解决粮食不足的问题，产量的提高在水稻育种过程中将一直是至关重要的目标。而且，随着人们生活水平的提高和稻米市场开放，稻米作为商品进行交易，人们对稻谷外观和蒸煮食味等品质的要求也日益提高，尤其是在国际市场上特别突出，改良稻米品质的任务显得越来越迫切(Juliano et al，1993 ；毛孝强等，2003)。水稻产量主要由有效穗数、穗粒数、千粒重三大要素决定，其中千粒重受籽粒大小影响。水稻谷粒形状是衡量稻米外观品质的重要指标之一，同时还影响稻米的商品品质和加工品质(糙米率、精米率、整精米率等)。我国的国家优质稻谷标准中还规定优质籼稻品种的长宽比不能低于2. 8，谷粒形状已成为育种家选育优质米品种的一个重要指标(康海岐等，2001)。目前对控制粒型的相关基因研究还比较少，已经克隆的与水稻粒型相关的QTLs 有 3 个:GS3 (Chuchuan Fan 等，2006)、GW2 (Song 等，2007)及 GW5 (Shomura 等，2008)。当 GW2与GW5功能缺失时，会提高粒宽；GS3的功能缺失则会导致粒型变长。这3个基因对表型都起到一个负调控的作用。到目前为止，对水稻粒型起到正调控作用的相关基因还未见报道。我们利用染色体单片段代换系材料回交得到的分离群体，采用图位克隆的方法首次克隆了控制水稻籽粒大小、粒宽和产量的基因GW8 (grain width in chromosome 8)，并鉴定了一批携带GW8不同单倍型的单片段代换系材料。通过对这些单片段代换系材料的表型分析及遗传互补实验，证明了该基因的功能。我们还分离了该基因的启动子区域，并对 GW8基因的组织特异性表达进行了研究。我们的研究可为今后从分子水平阐明水稻粒型的遗传基础，为水稻的高产育种、 及基于稻米品质改良的分子设计育种提供理论依据及材料支持。
发明内容
本发明涉及一种控制水稻粒宽、粒重和产量的基因及其应用。更具体地，本发明人利用水稻染色体单片段代换系材料回交得到的分离群体，采用图位克隆的方法首次克隆了控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8 (grain width in chromosome 8)，并鉴定了一批携带GW8不同单倍型的单片段代换系材料。通过对这些单片段代换系材料的表型分析及遗传互补实验，证明了该基因的功能。我们还分离了该基因的启动子区域，并对GW8基因的组织特异性表达进行了研究。
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控制粒型和产量的重要功能基因及其应用。本发明通过构建GW8的近等基因系，利用图位克隆的方法，将GW8基因精细定位到水稻第八号染色体长臂末端12. 6Kb的物理范围内，该区段有且仅有一个预测的候选基因， 该基因有3个外显子，共编码455个氨基酸。在本发明的第一方面中，通过回交及分子标记辅助选择，构建了以华粳籼74为受体亲本，来自于8个供体材料，包括Katy、Basmati385、Basmati370、 江西丝苗、联鉴33、Lemont, Amol3、紫恢100的染色体单片段代换系材料，依次命名为W06-40-48-06-02-03-02-03-1、W09-38-60-07-07-03-04-0049-16、 ffll-15-08-09-04, W13-30-45-01-10-02-6、W14-09-06-09-12、W23-06-07-02-09-09、 W02-15-01-08-14-05-01-32、W05-36-75-01-01-06，这些材料携带了不同单倍型的 GW8。本发明的第二方面涉及控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8，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(I)SEQ ID NOs :1_6中的任何一个所示的核苷酸序列；(2)与(1)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(1)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%同一性的核苷酸序列；(4)与(1)的核苷酸序列编码相同氨基酸序列的蛋白质、但因遗传密码的简并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)编码如下氨基酸序列之一的核苷酸序列SEQ ID NOs :9、10、11中任何一个所示的氨基酸序列，或者，由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3 个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NO 9和10、11中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，与SEQ ID N0:9和10、11中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70%、优选至少80%、更优选至少90%、尤其是至少95%或98%同一性的氨基酸序列；(6) (1)-(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。其中，GW8 cDNA序列及其变体、相关启动子的核苷酸序列由SEQ IDNOs :1_8所示， 具体参见下表1。表1 :SEQ ID NOs :1_8的序列名称及其来源
权利要求
1.控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8，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 1-6中的任何一个所示的核苷酸序列；(2)与(1)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(1)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；(4)与(1)的核苷酸序列编码相同氨基酸序列的蛋白质、但因遗传密码的简并性而在序列上不同的核苷酸序列；(5)编码如下氨基酸序列之一的核苷酸序列SEQID NOs :9、10和11中任何一个所示的氨基酸序列，或者，由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3 个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs 9-11中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，与SEQ ID NOs :9-11中任何一个所示的氨基酸序列具有至少 70 %、优选至少80 %、更优选至少90 %、尤其是至少95 %或98 %同一性的氨基酸序列；(6)(1)-(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GW8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GW8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GW8的多核苷酸序列，其中所述细胞选自动物细胞、植物细胞或者微生物细胞，例如大肠杆菌细胞。
4.权利要求3所述的重组宿主细胞，其中所述细胞为植物细胞。
5.权利要求4所述的重组宿主细胞，其中所述细胞为水稻细胞。
6.分离的多肽，其由权利要求1的控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8编码，其包含从如下组氨基酸序列中选择的氨基酸序列(1)SEQID NOs :9、10和11中任何一个所示的氨基酸序列，(2)由于一或多个(例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NOs :9-11中任何一个所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，(3)与SEQID NOs :9、10和11中任何一个所示的氨基酸序列具有至少70%、优选至少 80 %、更优选至少90 %、尤其是至少95 %或98 %同一性的氨基酸序列，(4)(1)或(2)或(3)所述氨基酸序列的活性片段，(5)由权利要求1的多核苷酸分子编码的氨基酸序列。
7.生产产量提高的作物的方法，该方法包括从权利要求4的重组宿主细胞再生转基因植物，或者将含有权利要求1所述的控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8的植株与另一植株杂交，其中所述植物优选是粒宽增加，千粒重增加的植物，其中所述植物优选是农作物，例如水稻。
8.控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8的启动子序列，其包含从如下组核苷酸序列中选择的核苷酸序列(2)与(1)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(1)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；(4)(1)-(3)任何一个的核苷酸序列的活性片段；或(5)与(1)_(4)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。
9.包含权利要求8的启动子序列的构建体。
10.包含权利要求9的构建体的细胞，其中所述细胞为植物细胞，优选水稻细胞。
全文摘要
本发明公开了一种控制水稻粒宽、粒重和产量的基因GW8(SEQ IDNO1-6)及其应用。GW8可以控制水稻谷粒的形状和大小。GW8通过影响细胞横向和纵向分裂速度来控制谷壳的大小和长宽比，并调节灌浆速率，进而影响水稻的产量。GW8可以作为鉴定水稻籽粒长宽比和籽粒大小品种的分子标记。GW8对基于提高水稻产量及改良稻米品质的育种有广泛的应用前景。
文档编号C12N15/29GK102329806SQ20111029486
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者傅向东, 吴昆 , 张桂权, 曾瑞珍, 王少奎 申请人:中国科学院遗传与发育生物学研究所