水稻穗部性状调控基因pt2及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了水稻穗部性状调控基因PT2及其应用。所述PT2基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO.1所示，其能调控水稻穗部性状如粒形、千粒重、穗长。本发明还提供了PT2基因的等位基因pt2-J和pt2-I，其核苷酸序列如SEQ?ID?NO.3和SEQ?ID?NO.5所示。本发明提供的PT2基因及其等位基因可用于植物新品种的选育，如选育高产水稻品种，或用于选育高档长粒优质水稻品种，也可用于玉米、高粱等其它植物高产优质新品种的培育。
【专利说明】水稻穗部性状调控基因PT2及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种水稻穗部性状调控基因PT2，同时还涉及该基因的等位基因以及该基因及其等位基因在水稻、玉米等植物育种中的应用。
【背景技术】
[0002]水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球一半以上的人口以大米为主食，稻谷的产量及品质关系到世界的粮食安全。水稻穗部性状包括穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、粒形、每穗粒数等，对水稻的产量和品质有重要影响。
[0003]以水稻穗部性状一粒形为例，粒形包括粒长、粒宽、粒厚，它不仅直接影响水稻产量的重要构成因子——千粒重，同时也对稻米的外观品质、商品品质和加工品质有重要影响。因此，水稻粒形的遗传机制和分子机理研究对水稻高产及优质育种有着重要的理论和实践意义。迄今为止，根据国际数据库Gramene公布的数据，已有508个控制水稻粒形性状的QTL被定位，分布在水稻的12条染色体上。目前已有若干控制粒形的主效基因通过图位克隆的方法被克隆出来，如GS3、Gff2, Gff5, TGW6、GS5、GW8等(Fan et al.,2006,Theor.Appl.Genet.112:1164-1171 ；Song et al.,2007, Nature Genetics39:623-630 ;Weng et al., 2008, Cell Research, 18(12):1199-1209 ；Ishimaru et al.2013, NatureGenetics, 45(6):707-711 ;Li et al., 2011, Nature Genetics, 43(12):1266-1269;Wang etal.，2012，Nature Genetics, 44(8): 950-954)。其它穗部性状的研究进展，如穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、每穗粒数，与粒形的研究进展相类似，一般定位了较多相关QTL或基因，同时有部分基因被克隆出来。 [0004]根据目前的研究结果来看，水稻穗部性状的基因调控网络比较复杂:其中有主效调控基因，也存在大量的微效QTL ;有多效基因，也有只影响单一或少数性状的基因。同时，基因之间存在复杂的互作关系。因此，迫切需要克隆更多与穗部性状相关的新基因，在了解单个基因功能的基础上逐渐明晰其基因调控网络，从而为新品种培育提供基因资源和理论依据。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为水稻及其它植物提供一种新的穗部性状调控基因及其应用。
[0006]为了实现本发明目的，本发明首先提供一种水稻穗部性状调控基因PT2，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.1的第2102~3286位所示的核苷酸序列；或该序列经替换、缺失或增加一个或多个核苷酸，且编码相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0007]其中，调控主效基因PT2的启动子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.1中1-2014位对应的核苷酸所示。
[0008]进一步地，所述水稻穗部性状调控基因PT2，其核苷酸序列如SEQ ID N0.1所示。
[0009]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因PT2编码的蛋白，其具有SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列。[0010]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因PT2的等位基因Pt2-J，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.3的第2098~3237位所示的核苷酸序列；或该序列经替换、缺失或增加一个或多个核苷酸，且编码相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0011]其中，Pt2-J启动子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.3中1-2010位对应的核苷酸所示。
[0012]进一步地，所述水稻穗部性状调控基因pt2_J，其核苷酸序列如SEQ ID N0.3所示。
[0013]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因pt2_J编码的蛋白，其具有SEQ IDN0.4所示的氨基酸序列。
[0014]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因PT2的等位基因pt2_I，其核苷酸序列含有如SEQ ID N0.5的第2088~3272位所示的核苷酸序列；或该序列经替换、缺失或增加一个或多个核苷酸，且编码相同或相似，且具有相同功能的氨基酸序列的核苷酸序列。
[0015]其中，pt2-1启动子的核苷酸序列如序列表SEQ ID N0.5中1-1991位对应的核苷酸所示。
[0016]进一步地，所述水稻穗部性状调控基因pt2_I，其核苷酸序列如SEQ ID N0.5所示。
[0017]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因pt2_I编码的蛋白，其具有SEQ IDN0.6所示的氨基酸序列。
[0018]本发明还提供了含有所述水稻穗部性状调控基因PT2或pt2_J或pt2_I的载体。
[0019]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因PT2或pt2_J或pt2_I在水稻及其它植物新品种选育中的应用。
[0020]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因PT2或pt2_J或pt2_I在调节水稻及其它植物穗部性状中的应用。
[0021]本发明还提供了所述水稻穗部性状调控基因PT2或pt2_J或pt2_I在制备转基因水稻及其它植物中的应用。
[0022]本发明的有益效果在于:
[0023](I)本发明在水稻中克隆的新基因PT2对穗长和千粒重具有较大正效应，总库容量显著增加，为水稻的高产育种提供了新的基因资源；新基因PT2对粒长具有较大正效应，通过与窄粒基因的聚合，可选育出高档长粒优质稻新品种。
[0024](2)本发明中新基因PT2的等位基因pt2_J或pt2_I虽然对穗长和千粒重具有较大负效应，但在特定遗传背景条件下，如聚合了其它大粒和长穗基因的情况下，应用Pt2-J或pt2_I基因可在保持水稻闻广的基础上提升品质。
[0025](3)相似遗传背景条件下，杂合基因型(PT2pt2)可使穗粒数和千粒重保持较高水平，大幅增加库容量。因此，杂合基因型(PT2pt2)可大幅提高杂交水稻的库容量，为水稻超高产育种服务。
[0026](4)本发明中的PT2基因在玉米、高粱等众多植物中具有同源基因，PT2基因不仅可用于水稻，也可用于其它植物的新品种培育。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明PT2基因在水稻全生育期不同组织中表达水平示意图。使用材料是2 个近等基因系材料 R642-l(pt2pt2，pt2 来自 Rl 126)和 R642-2 (PT2PT2, PT2 来自 CDL)。[0028]图2为本发明过表达转基因TO代阳性单株与阴性对照单株颖花照片。
[0029]图3为本发明RNA干扰TO代阳性单株与阴性对照单株颖花照片。
[0030]图4为本发明克隆的PT2基因的结构示意图和其自然变异分析。其中:黑色的方框代表外显子，细线代表内含子，“ATG”和“TGA”分别是翻译起始密码子和终止密码子，ATG前的粗线代表2000bp的启动子，大粒和中粒间的38个SNP和InDel变异位于PT2基因的启动子和编码区(SNP替换均用相应的碱基代表，InDel缺失均用相应的圆点代表)，编码区有3个氨基酸变异，内含子有11个SNP变异和3个InDel变异。
【具体实施方式】
[0031]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0032]2013年，本申请发明人成功将I个控制粒长、粒宽和千粒重的主效基因首次精细定位到水稻第2染色体上的33.2kb区间，推测L0C_0s02g47280就是候选基因，并将该基因初步命名为GS2 (Grain shape2) (Zhang et al.，2013)，但当时没有完成后续基因克隆工作。后续考察分析表明，来自‘CDL’的大粒基因GS2不仅可显著增加粒长、粒宽和千粒重，而且显著增加穗长，发明人将该穗部性状调控基因重新命名为PT2 (Panicle Traits2)。Real-Time PCR表达分析表明:在决定穗部性状发育的关键期——幼穗期，PT2PT2基因型具有较高的表达量，其隐性等位基因型Pt2pt2表达量较低，推测L0C_0s02g47280基因表达量的不同导致了功能及表型的差异。通过转基因验证试验证实，过表达单株中L0C_0s02g47280基因表达量增加，穗长、粒长、粒宽显著增加；RNA干涉单株中L0C_0s02g47280基因表达量降低，穗长、粒长、粒宽显著降低。至此，本发明人完成了对PT2基因的克隆。
[0033]本发明的PT2基因优选自水稻，但是与水稻PT2基因高度同源的其它植物基因也在本发明保护的范围之内。
[0034]实施例1基因的精细定位、表型分析与命名
[0035]本发明人经过深入的研究，成功将I个控制粒长、粒宽和千粒重的新主效基因GS2(Grain Shape2)精细到水稻第2染色体上的33.2kb区间，推测L0C_0s02g47280就是候选基因GS2 (Zhang et al.，2013)。该基因可使水稻粒长增加3mm、粒宽增加0.4mm、千粒重增加18g (不同遗传背景下增幅可能有差异)。后续研究表明，该基因不仅可显著增加粒长、粒宽和千粒重，而且显著增加穗长(表1)，发明人将其重新命名为PT2 (Panicle Traits2)。PT2基因可同时调控水稻的穗长和千粒重，从而对产量和品质产生重要影响。
[0036]表lL0C_0s02g47280基因的近等基因系材料穗部性状考种结果
【权利要求】
1.水稻穗部性状调控基因PT2，其特征在于，其核苷酸序列如SEQID N0.1所示。
2.权利要求1所述的水稻穗部性状调控基因PT2的等位基因pt2-J，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID N0.3所示。
3.权利要求1所述的水稻穗部性状调控基因PT2的等位基因pt2-1，其特征在于，其核苷酸序列如SEQ ID N0.5所示。
4.含有权利要求1所述水稻穗部性状调控基因PT2的载体。
5.含有权利要求2所述水稻穗部性状调控基因PT2等位基因pt2-J的载体。
6.含有权利要求3所述水稻穗部性状调控基因PT2等位基因pt2-1的载体。
7.权利要求1所述的水稻穗部性状调控基因PT2在水稻、玉米等植物新品种选育中的应用。
8.权利要求1所述的水稻穗部性状调控基因PT2在调节水稻、玉米等植物新品种穗部性状中的应用。
9.权利要求1所述的水稻穗部性状调控基因PT2在制备转基因水稻、玉米等植物新品种中的应用。
【文档编号】C12N15/82GK103882033SQ201410116107
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】邓华凤, 张武汉, 孙平勇, 舒服, 何强, 刑俊杰, 王杰 申请人:湖南杂交水稻研究中心