水稻基因OsNAL12在调控水稻粒形和提高千粒重中的应用

本发明属于植物基因工程，具体涉及水稻基因osnal12在调控水稻叶形和和提高千粒重中的应用。本发明通过对叶宽性状采用全基因组关联分析的方法，鉴定到一个调控叶形和粒形的基因osnal12，通过构建其突变体和超表达材料并对其叶宽和粒型表型、千粒重进行分析，证实了该基因在调控水稻叶形和粒形中的功能和在提高水稻产量中的应用价值。

背景技术：

1、光合作用是植物获得能量的重要途径，而水稻的光合作用离不开它的叶片，叶片是水稻产量之“源”，是挖掘产量提升潜力的重要方向。研究表明，水稻籽粒中大部分碳水化合物来自于上三叶(剑叶、倒二叶、倒三叶)的光合作用(li等，genetic dissection of thesource-sink relationship affecting fecundity and yield in rice.mol breeding,1998,4:419–426)，上三叶形态与水稻产量之间存在明显的正向关联，即存在“源-库”协作关系(zhang b.qtl analysis of morphological and yield-related characters ofrice sword leaf under different conditions(in chinese).dissertation formaster’s degree.beijing:chinese academy of agricultural sciences,2014)。借助分子标记改良水稻的叶形，有利于水稻产量的提升。

2、水稻产量是一个复杂的农艺性状，由穗数、每穗粒数、结实率和千粒重决定，其中千粒重的遗传最稳定，变异系数为40％～60％。国际水稻研究所研究证实，增加粒重可使水稻产量提高30％以上，是提高产量的最有效途径(liu等，research progress on cloningand regulation mechanism of rice grain shape genes.chinese journal of ricescience,2018,32(1):1-11)。水稻的粒重由粒形(粒长、粒宽、粒厚)决定，是由多基因控制的数量性状，截止目前，已有60多个粒形调控基因被克隆(刘喜等，水稻粒型基因克隆和调控机制研究进展.中国水稻科学,2018,32(1):1-11)，如tgw6、gs3、gw2、gs5、qsw5/gw5、gw8/spl16、gl3.1/qgl3/qgl3-1、gif1、ep2/dep2/srs1、flo(a)/flo2等。这些基因通过调控细胞增殖和细胞扩展来决定籽粒大小，功能涉及到植物激素、g蛋白信号、mapk信号、表观修饰、蛋白降解等信号转导途径(zheng等，molecular functions of genes related to grainshape in rice.breeding science,2015,65:120-126)(li n,li y.signaling pathwaysof seed size control in plants.current opinion in plant biology,2016,33:23-320)。粒形基因的克隆为水稻分子设计育种提供了基因资源，对指导水稻高产育种具有重要意义(huang h y,qian q.progress in genetic research of rice grain shape andbreeding achievements of long-grain shape and good quality japonicarice.chinese journal of rice science,2017,31(6):665-672)。

3、在泛素降解途径中，e3连接酶是关键的调节成分，因为它们能介导泛素与底物的特异性结合(morreale f.e.,walden h..types of ubiquitin ligases,cell,2016,165:248)。在水稻中gw2编码一个ring类e3泛素连接酶，通过泛素化expansin-like1负调控种子大小(choi等，gw2 functions as an e3ubiquitin ligase for rice expansin-like1.int.j.mol.sci,2018,19:7)。clg1也编码一个ring类的e3可以降解gs3调控水稻粒形(yang等，the ring e3 ligase clg1 targets gs3 for degradation via the endosomepathway to determine grain size in rice.molecular plant,2021,14(10):1699-1713)。large2编码一个hect domain e3泛素连接酶，负调控粒形和穗形，对增加水稻的产量和高产育种具有重要意义(huang等，the large2-apo1/apo2 regulatory modulecontrols panicle size and grain number in rice.plant cell,2021,33(4):1212-1228)。这些研究都证明e3连接酶作为泛素化途径的重要组分在调控水稻粒形中起重要作用。或许我们可以通过从群体中发掘一些e3泛素连接酶的潜在自然变异去改良水稻的粒形，从而提高水稻的产量。

4、水稻是重要的粮食作物和模式生物，在极端气候频发的今天，通过提升水稻产量从而增加稻米储备以应对不良气候所导致的减产具有重要的意义。本发明涉及的osnal12编码一个ring类e3泛素连接酶，目前在水稻中的功能并没有被报道。通过群体单倍型分析发现该基因对种子大小和千粒重具有重要功能，因此鉴定该基因在调控水稻种子大小和调高产量中的功能，对于农业生产和培育输掉增产新品种都具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的涉及一个ring家族的e3泛素连接酶osnal12在调控水稻粒形和产量中的应用。因为其通过叶宽gwas定位到的基因，按水稻命名顺序将其命名为osnal12基因。本发明鉴定和克隆到一个含osnal12基因的片段，该片段缺失将导致叶片变窄和水稻种粒变小，从而导致千粒重降低。超表达该片段可以导致水稻叶片变宽，种粒变大，千粒重增加。所述的含有osnal12基因的核苷酸序列如序列表seq id no：1所示，核苷酸序列长度为1506bp，它对应的氨基酸序列如seq id no：2所示，其氨基酸序列长度为501aa。osnal12基因的启动子序列如seq id no:3所示，核苷酸序列长度为2002bp。

2、本发明包括目的片段的分离和克隆，以及通过农杆菌侵染方式转化水稻基因组，再对转化得到的过量表达植株和缺失突变体的阳性植株，并测定其剑叶宽度、种子大小表型(如粒长、粒宽)以及千粒重，确定了osnal12可以通过调控种子大小来调控千粒重和产量。

3、携带有本发明osnal12基因的表达载体可通过使用ti质粒、植物病毒载体、直接dna转化、微注射，电穿孔等常规生物技术方法导入植物细胞(weissbach,method forplant molecular biology viii,academy press,new york,1998,pp.411-463；geisersonand corey,plant molecullar biology(2nd edition),1998)。可使用包括本发明osnal12基因的表达载体转化水稻等多种植物宿主，培育高产植物品种。

4、下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。