控制水稻产量品质性状的基因DUF630/632及蛋白和应用

本发明属于基因工程及遗传育种，具体涉及一种控制水稻产量品质性状的基因duf630/632及蛋白和应用。

背景技术：

1、高产和优质是水稻育种的永恒目标，产量决定着人们的温饱问题，而品质影响人民的生活水平。粒形是影响水稻产量和外观品质的重要性状，阐明其遗传调控机理有助于提高水稻单产和改良稻米品质。淀粉是水稻胚乳的主要成分，其结构和含量直接影响稻米的产量和品质。垩白影响稻米外观品质、加工品质、精米产量和市场价值。挖掘更多控制水稻产量品质性状相关基因并阐明其分子机制，对水稻产量品质遗传改良具有重要的科学价值和生产指导意义。

2、在真核生物中，许多编码功能不明确的蛋白质基因家族被鉴定为功能未知域(domainofunknownfunction，duf)并进化保守，许多duf具有重要的生物学功能。通过计算结构基因组学方法分析了pfam数据库中一些未知功能域(dufs)或未表征蛋白家族(uncharacterizedproteinfamilies，upfs)的结构和功能，然而只有少数几个被详细鉴定，如水稻duf630/632结构域基因在叶片形态、株高、分蘖、气孔发育、籽粒灌浆及种子发育等生物学过程中发挥着重要调控作用。rolled and erect leaf(rel2)编码质膜定位蛋白参与调控叶片卷曲直立、泡状细胞发育和生长素合成转运等生物学过程(rel2,ageneencodingan unknown function protein which contains duf630 and duf632 domainscontrols leaf rolling in rice.rice,2016,9:37)；rice dwarfand low tillering 10(osdlt10)可能通过wus-clv途径生长素内稳态调控芽发育进而影响水稻株高和分蘖(ricedwarfand low tillering 10(osdlt10)regulates tiller number by monitoring auxinhomeostasis.plant science,2020,297:110502)；rice stomata developmental defect1(rsd1)调控气孔密度和脱水过程，可能有助于抗旱作物的培育(rsd1 is essential forstomatal patterning andfiles in rice.frontiers in plant science,2020,11:600021)；filling-defective andgrain width1(fgw1)编码duf630/632结构域蛋白，通过与14-3-3和gf14f蛋白互作共同调控水稻粒形及籽粒灌浆(fgw1,a protein containingduf630 and duf632 domains,regulates grain size and filling in oryza satival..the crop journal,2023)。通过仔细分析发现上述基因均位于水稻第10号染色体上同一个基因位点(loc_os10g41310/os10g0562700)，表明该基因具有多种生物学功能。

3、然而，duf630/632结构域基因同时参与调控产量及品质性状仍然鲜有报道，因而有必要挖掘更多水稻duf630/632结构域基因并解析其生物学功能，为水稻产量及品质的遗传改良提供新的重要基因储备和种质资源，为培育更加优良水稻品种奠定科学理论基础，也可为其他作物类似研究提供借鉴参考。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种控制水稻产量品质性状的基因duf630/632及蛋白和应用，为水稻产量及品质遗传改良提供新的重要基因储备、种质资源和理论基础，也可为其他作物类似研究提供借鉴参考。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种控制水稻产量品质性状的基因duf630/632，其特征在于，该基因的核苷酸序列如seq id no.1所示，其cds序列如seq id no.2所示；所述水稻产量品质性状包括：胚乳透明；改变粒形；粒长、千粒重降低；种子中总淀粉含量增加；总蛋白质、脂肪和可溶性糖含量降低；种子中淀粉粘度值增加。

3、本发明的另一目的是提供所述基因duf630/632的编码蛋白，该蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。

4、本发明的另一目的是提供一种控制水稻产量品质性状的突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因，该突变体duf630/632-22基因的核苷酸序列如seq id no.4所示，其cds序列如seq id no.5所示；该duf630/632-23基因的核苷酸序列如seq id no.7所示，其cds序列如seq id no.8所示；所述水稻产量品质性状包括：胚乳垩白；改变粒形；粒长、千粒重增加；种子中总淀粉含量降低；总蛋白质、脂肪和可溶性糖含量升高；种子中淀粉粘度值降低。

5、本发明的另一目的是提供所述突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因的编码蛋白，所述突变体duf630/632-22的编码蛋白的氨基酸序列如seq id no.6所示；所述突变体duf630/632-23的编码蛋白的氨基酸序列如seq id no.9所示。

6、本发明的另一目的是提供所述的基因duf630/632、所述的基因duf630/632的编码蛋白、所述的突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因或所述突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因的编码蛋白在调控水稻产量品质性状中的应用。

7、本发明的控制水稻产量品质性状的基因duf630/632及蛋白和应用，具有以下优点：

8、本发明的duf630/632基因调控水稻产量品质性状，正常野生型粳稻品种中花11(zh11)成熟种子稻米胚乳表现为透明状，利用crispr/cas9基因编辑技术敲除水稻胚乳特异性表达duf630/632基因，两个不同突变类型纯合突变体duf630/632-22(缺失g碱基)和duf630/632-23(插入t碱基)稻米胚乳呈现明显不透明垩白表型性状，突变体种子粒长和千粒重都极显著增加，总淀粉含量极显著下降，总蛋白质含量显著升高、脂肪含量和可溶性糖含量极显著升高，淀粉理化性质发生明显改变。本发明有助于阐明水稻种子发育分子调控机理，丰富duf630/632结构域基因生物学功能，为水稻产量及品质遗传改良提供新的重要基因储备、种质资源和理论基础，也可为其他作物类似研究提供借鉴参考。

技术特征：

1.一种控制水稻产量品质性状的基因duf630/632，其特征在于，该基因的核苷酸序列如seq id no.1所示，其cds序列如seq id no.2所示；

2.如权利要求1所述基因duf630/632的编码蛋白，其特征在于，该蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。

3.一种控制水稻产量品质性状的突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因，其特征在于，该突变体duf630/632-22基因的核苷酸序列如seq id no.4所示，其cds序列如seq idno.5所示；该duf630/632-23基因的核苷酸序列如seq id no.7所示，其cds序列如seq idno.8所示；

4.如权利要求3所述突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因的编码蛋白，其特征在于，所述突变体duf630/632-22的编码蛋白的氨基酸序列如seq id no.6所示；所述突变体duf630/632-23的编码蛋白的氨基酸序列如seq id no.9所示。

5.如权利要求1所述的基因duf630/632、权利要求2所述的编码蛋白、权利要求3所述的突变体duf630/632-22或duf630/632-23基因或权利要求4所述的编码蛋白在调控水稻产量品质性状中的应用。

技术总结
本发明公开了一种控制水稻产量品质性状的基因DUF630/632及蛋白和应用，该基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其CDS序列如SEQ ID NO.2所示。本发明利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除水稻胚乳特异性表达基因，两个不同突变类型纯合突变体稻米胚乳呈现明显不透明垩白表型性状，突变体种子粒长和千粒重都极显著增加，总淀粉含量极显著下降，总蛋白质含量显著升高、脂肪含量和可溶性糖含量极显著升高，淀粉理化性质发生明显改变。本发明有助于阐明水稻种子发育分子调控机理，丰富DUF630/632结构域基因生物学功能，为水稻产量及品质遗传改良提供新的重要基因储备、种质资源和理论基础。

技术研发人员：刘松,任光俊,高方远,唐绍清,胡培松,邵高能,魏祥进,焦桂爱,包劲松,黄奇娜,任鄄胜,吕建群,操瑞节,淳雁
受保护的技术使用者：四川省农业科学院作物研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25