水稻粒长基因OsWDR48及其基因工程应用

本发明属于植物基因工程，具体涉及水稻粒长基因oswdr48在粒型、株高及油菜素内酯信号通路中的基因工程应用。

背景技术：

1、水稻(oryza sativa l.)是全球最重要的粮食作物之一，为超过一半以上的世界人口提供主食。然而，随着全球人口迅速增长，预计到2050年将达到97亿，并在2100年达到104亿。此外，在持续发展的经济背景下，环境日益恶化导致耕地面积不断减少。因此，增加水稻单位土地面积单产变得尤为重要(mcclung,2014)。

2、株高和籽粒大小是影响水稻产量的两个重要因素。如果植株矮小，则会导致较小的籽粒和增加无效分蘖数量，并且抵御疾病能力也较弱(liu et al.,2018)。因此，适宜的株高对于提高水稻产量至关重要。水稻的单株产量与穗数、每穗粒数和千粒重等三个因素直接相关。其中，千粒重与籽粒大小正相关，包括粒长、粒宽、粒厚以及灌浆程度(xing和zhang,2010)。因此，籽粒大小是水稻育种中最为关键的性状之一。

3、植物激素在植物的生理调控中扮演着至关重要的角色，尤其是油菜素内酯(brassinosteroids,brs)在水稻株高和籽粒大小调控中发挥重要作用。许多与br相关的基因已在水稻中报道，并且大部分会影响到植株高度和粒型。例如，br合成相关突变体brd2、d11、d2和brd1都导致了水稻株高和籽粒大小不同程度地降低(mori et al.，2002；hong etal.，2003；hong et al.，2005；tanabe等人；2005)。osbri1是拟南芥bri1在水稻中的同源基因，是感知br激素的受体蛋白，功能缺失型osbri1会导致植株矮小、籽粒减小以及叶片直立，并且对br不敏感(yamamuro et al.,2000；morinaka et al.,2006)。osbak1与osbri1共同促进下游br信号转导，过表达osbak1会增加对br的敏感性，但降低植株高度和籽粒大小可能，推测是由于osbak1可以抑制ga水平(li et al.,2009；tong et al.,2014)。atbin2同源基因组成的osgsk1-osgsk4属于gsk3-like激酶家族，在调控br信号传导方面起着重要作用(yoo et al.,2006)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于公开一个参与油菜素内酯信号通路并且控制水稻籽粒粒长和株高的基因oswdr48的克隆与水稻产量性状的基因工程应用。oswdr48参与水稻油菜素内酯信号通路的调控，增加该基因的表达，能够增加水稻的粒长，和/或增加水稻的株高，和/或增加水稻的分蘖数，可用于水稻产量性状的遗传改良；oswdr48功能缺失突变体籽粒粒长变短，株高变矮，分蘖数减少。

2、本发明的第一个目的是提供oswdr48基因，所述oswdr48基因的cdna序列如seq idno.1所示：

3、atgcatcgtgttggaagtgctggtaacacggcaggttcaagtcgaccgagaaaggagaagcgctttacatatgtgctgaatgacgctgataacaaaaagcattgtgctgggatcaactgcttgtcatacctaaatgcctctacttctggtacgagtgattatctttttaccgggagtcgggatggtaccttgaagaggtgggaaccaaaaaatggagtcgcaagcttctcagcaacttttgagtcacatgttgattgggttaatgatgccattattgttggccaaaatcttgtttcctgttcctcagataccactctaaaggtgtggaattgtttatcagatggtgcttgtaccaggactctccgccagcattccgattatgtgatttgtcttgctgcatctgaaaaaaatagcaatattgttgcctctggtggccttggcggtgaggtctttatatgggaccttgattcttctcttgctcctgtggccaaatctgtagatgcaaaagaggatgaagctcctaatggaaactctgggcctgctttgacaaccttgtgcaatgtaaattctagcagcaaccttgcttccaccaatgggcaatcacatgggtacagtccaatcactgccaaaggtcacaaagattcagtttatgcattggccatgagtgacacaggaaacacacttgtctctggtggtactgaaaaggttgttcgcgtttgggatcccaggactggttcaaagaaaatgaaattgagagggcacactgacaatatcagggctttacttcttgatcctactggcaggtattgtctttcaggctcatctgattcaatgataagattatgggatctgggacagcagcgatgtattcattcttatgctgtgcatactgattcagtctgggcgcttgcaagcactccttcgtttagtcatgtttatagtggtggaagagatcagtcggtgtacttgacagatttaagcaatcgagagagtgtcttgctctgcacaaacgagcacccgattctacaattgtccttgcaggatgatatgatttgggttgcaacaactgattcttctgtgaatggatggaaagctgaagcgcatgaacccctaaagcttttccaaaaaggttcttcattcttagctggcaatttgtcattctccagggcaagggcttctttagaaggatcagcacctgtccctatacacaaagaaccatcttcaattattcctggagttccagcaataactcagcatgagatcctgaataatagaagacatgtattgacgaaggatactgctggttctgtcaaattgtgggagattactcgaggagctgttattgaagactttggcaaggtttcttttgaggataagaaaaaagagttgtttgagatggttagcatacctgcctggtttaccatggatgctcgattgggatgcctgtctgtccacctggatacacctcaatgcttttctgcagaaatatatgcagttgacttaaacgttgcaggagcacaggaagatcttaagattaatttggctcaggagactctccgtggtttgttagttcattggagtaaaaaaaagcagagatctggctcacacggcttgtcaaatggtgacacttcaacaggaaaagatgtatccttgaaaaatttgccccatccaagatctgaggttgatgatggggctgaaaatcatgcaagtcagatgcttccctcatttgagttttccacagtttcgcctccatcaatcatcacagaaggttcaagtggagggccttggagaaagagaattacagatttagatggaaccgagagcgatatcccatggtggattgtggactgtgttgagcataatcgatttccaaaagagaatacaaagtgtggattctacttgcatcctgctgaagggtcacctgcaccgaacataacacaagggaaacttagtgctccacggatattgcggattcacaaagtagctaactatgtggtcgagaaacttgatagaccactggatggcaatgctgacagcacatttggaatgggattgacttctggccaatcacaattttcagcgctagatagttcttcacggcttggactaaaaccatggcaaaaattgaaaccttctgtagagatattgtgtaacagccaggttttggcacccgaaatgagcttggccacagtgcgggcttatgtctggaagaagccagaggatttgattcttaactacaaagtggtccagtcaagatga

4、本发明的第二个目的是提供前述oswdr48基因编码的氨基酸，所述oswdr48基因编码的氨基酸序列如seq id no.2所示，oswdr48蛋白包含一个核输出信号多肽。

5、本发明的第三个目的是提供含有前述的水稻基因oswdr48基因的过量表达载体。

6、进一步的，所述的过量表达载体是将前述水稻oswdr48基因插入植物双元表达载体pcambia1300s的kpnⅰ和salⅰ酶切位点间所得。

7、本发明的第四个目的是提供前述的oswdr48基因在调控水稻的粒长和/或水稻的株高和/或水稻的分蘖数中的应用。

8、进一步的，过表达前述的oswdr48基因能够增加水稻的粒长和/或增加水稻的株高和/或增加水稻的分蘖数，敲除或沉默前述的oswdr48基因能够减少水稻的粒长和/或降低水稻的株高和/或减少水稻的分蘖数。

9、本发明的第五个目的是提供过表达前述的oswdr48基因或前述过量表达载体在改良水稻产量中的应用。

10、进一步的，过表达前述的oswdr48基因或前述过量表达载体能够增加水稻的粒长，和/或增加水稻的株高，和/或增加水稻的分蘖数。

11、进一步的，敲除或沉默前述的oswdr48基因能够减少水稻的粒长和/或降低水稻的株高和/或减少水稻的分蘖数。

12、qgl3是本项目组克隆的一个水稻粒长基因(zhang et al.,2012)，编码一个含有两个kelch结构域的pp2a蛋白磷酸酶(osppkl1)。为了解析qgl3调控水稻粒长的遗传网络，利用qgl3的t-dna插入突变体材料m-qgl3和以9311为背景的nilqgl3材料进行了磷酸蛋白组学分析，得到了一个包含6个wd40结构域的蛋白oswdr48，同时发现该蛋白与qgl3相互作用。进一步获得其基因编辑突变体cr-oswdr48，cr-oswdr48突变体的籽粒表型明显变小，成株期分蘖数减少，株高降低。oswdr48过量表达株系的籽粒显著增长，株高增高。将推测其与qgl3相互作用调控水稻籽粒发育。

13、本发明技术方案相对于现有技术具有以下有益效果：

14、1、本发明公开了oswdr48在调控水稻粒长，株高，分蘖数中的应用，并提供一种oswdr48过表达材料在增加水稻粒长、株高、分蘖数中的基因工程应用。该基因来自水稻(oryza satival.)，与水稻粒长调控关键基因qgl3相互作用，该基因过量表达利于水稻产量的遗传改良。

15、2、本发明提供的oswdr48基因参与水稻油菜素内酯信号通路的调控。bifc实验和co-ip实验表明oswdr48与qgl3可以发生相互作用。

16、3、本发明中克隆出来的oswdr48基因为水稻的高产优质育种提供了新资源，为丰富、完善水稻油菜素内酯信号网络提供了新思路。