一种与水稻籽粒长宽比相关的基因ETOL3及其应用

本发明属于农业生物工程，涉及一种与水稻籽粒长宽比相关的基因etol3及其应用。本发明还涉及该基因编码的多肽序列，以及通过基因编辑技术降低水稻品种籽粒长宽比的方法。

背景技术：

1、水稻是我国重要的粮食作物，也是保证我国粮食安全的重要作物。由于水稻籽粒大小变化范围广，籽粒长宽比的大小直接决定了水稻籽粒的整体大小，并影响产量，因此改变品种的籽粒长宽比可有效影响籽粒大小，并可能影响稻米产量。

2、水稻籽粒长宽比是一个复杂的数量性状，前期研究者从突变体入手，利用图位克隆等方法克隆到影响水稻籽粒长宽比的基因，例如osgrf1(yang et al.,2021)，osgrx8(hao etal.,2021)等，突变体的发现为水稻遗传改良提供了更多的选择。但水稻亚群多样，遗传多样性高，研究者通过双亲本qtl定位等方法克隆到多个籽粒长宽比相关基因，例如osaux3(qiao et al.,2021)等。随着基因编辑的普及，研究者通过编辑基因使得籽粒长宽比发生变化，例如gwd1(wang et al.,2021)等。这些基因的克隆为水稻育种提供了可用的基因资源。双亲本qtl定位检测的单倍型有限，而利用自然变异群体有助于分析基因的不同单倍型，利用单倍型对应的表型差异达到预测基因功能的目的，可以达到快速定位基因的作用。

3、在水稻其他性状上，例如粒长等，利用粳稻自然变异群体进行基因单倍型分析已经显示出明显优势(si et al.,2016)，但在粳稻自然变异群体对长宽比的研究较少。对粳稻自然变异群体中影响长宽比的基因的认知还十分有限。

4、etol家族基因是一类含有skp1/btb/poz结构域的基因，主要参与到乙烯生物合成等途径。拟南芥和水稻中均有关于etol类基因功能的报道。水稻中有三个etol基因，其中etol1基因与耐旱和耐淹水有关，其突变体在耐旱处理恢复后具有更好的结实率和生物量，但在淹水条件下生长较慢，而etol2和etol3不具有耐旱相关功能(du et al.,2014)。但具体的基因功能暂时未知，因此我们对于etol类基因特别是etol3对于水稻籽粒长宽比的影响的认识还非常有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种与水稻籽粒长宽比相关的水稻etol3基因及其编码的蛋白和在调控水稻籽粒长宽比中的应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种水稻etol3基因，本发明通过对群体的etol3基因以及启动子变异检测，发现了该基因与水稻籽粒长宽比相关，并利用基因编辑构建转基因植株，验证了敲除etol3基因可以降低籽粒的长宽比。该基因具有如下(1)或(2)所述的核苷酸序列：

4、(1)如seq id no:3所示的编码区核苷酸序列；

5、(2)与如seq id no:3所示的核苷酸序列具有90％以上的同源性，且编码相同功能蛋白质的核苷酸序列。

6、该基因还具有如seq id no:2所示的基因组核苷酸序列。

7、上述水稻etol3基因编码的蛋白也属于本发明的保护范围。该蛋白具有如下(a)或(b)所示的氨基酸残基序列：

8、(a)如seq id no:1所示的氨基酸序列；

9、(b)将如seq id no:1所示的氨基酸序列经过一个或若干个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加衍生得到的具有相同功能的氨基酸序列。

10、含有上述水稻etol3基因的表达盒、重组载体、转基因细胞系或转基因重组菌，或者用于干扰、抑制、沉默、靶向敲除或定点突变所述水稻etol3基因的物质均属于本发明的保护范围。

11、优选的，用于干扰、抑制、沉默、靶向敲除或定点突变所述水稻etol3基因的物质包括以下(1)～(6)中的至少一种：

12、(1)针对水稻etol3基因的干扰序列；

13、(2)用于干扰的水稻etol3基因的干扰载体；

14、(3)包含有水稻etol3基因干扰载体的转基因细胞系；

15、(4)基于基因编辑技术靶向敲除或定点突变水稻etol3基因的引物序列；

16、(5)基于基因编辑技术靶向敲除或定点突变水稻etol3基因的载体；

17、(6)基于基因编辑技术靶向敲除或定点突变水稻etol3基因的细胞系。

18、所述的含有水稻etol3基因的重组载体可以为重组克隆载体或重组表达载体，可用现有的植物表达载体构建所述基因的重组表达载体。

19、所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3’端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mrna加工或基因表达的dna片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mrna前体的3’端，如农杆菌冠瘦瘤诱导(ti)质粒基因(如胭脂合成酶n')s基因)、植物基因(如大豆贮存蛋白基因)3’端转录的非翻译区均具有类似功能。

20、使用所述基因构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子，如花椰菜花叶病毒(camv)35s启动子、玉米的泛素启动子(ubiquitin)，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。

21、为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(gus基因、荧光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除草剂基因)等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。

22、上述的水稻etol3基因，上述的蛋白，或上述的表达盒、重组载体、转基因细胞系或转基因重组菌在调控水稻籽粒长宽比或培育低籽粒长宽比水稻中的应用。

23、上述的用于干扰、抑制、沉默、靶向敲除或定点突变水稻etol3基因的物质在降低水稻籽粒长宽比或培育低籽粒长宽比水稻中的应用。例如，水稻etol3基因的定点突变载体在降低水稻籽粒长宽比或培育低籽粒长宽比水稻中的应用。

24、上述的应用，具体为通过基因编辑、干扰、抑制或沉默所述水稻etol3基因的表达降低水稻籽粒长宽比，培育低籽粒长宽比水稻。

25、一种培育低籽粒长宽比水稻的方法，通过基因编辑、干扰、抑制或沉默所述水稻etol3基因降低水稻籽粒长宽比，培育低籽粒长宽比的水稻。

26、本发明研究结果显示，向受体水稻导入基因编辑载体，使得水稻etol3基因受到编辑，得到转基因水稻；转基因水稻与受体水稻相比，水稻籽粒长宽比降低。所述的受体水稻为粳稻品种中花11，但不限于此。

27、本发明的有益效果：

28、本发明的植物影响籽粒长宽比基因etol3影响水稻的籽粒长宽比。敲除该基因可导致水稻籽粒长宽比降低，从而可以培育低籽粒长宽比转基因水稻。所述蛋白及其编码基因可以应用于植物遗传改良。