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从非洲野生稻中克隆的一个粒长基因及其应用

花匠小妙招
2025-07-09 20:53

本发明属于生物，具体涉及从非洲野生稻中克隆的一个粒长基因及其应用。

背景技术：

1、水稻是中国最重要的粮食作物之一。籽粒大小是决定水稻产量的重要因素之一(xing et al.,2010)。解析影响籽粒大小变化的复杂遗传基础，对提高水稻产量至关重要。迄今为止，根据中国水稻数据中心数据库(https://www.ricedata.cn/gene/)的信息，研究者们已克隆了控制粒长的基因qgl3(qi et al.,2012)、lgy3(liu et al.,2018)和gl10(zhan et al.,2022)，调节粒宽的基因gw5(liu et al.,2017)、gw2(choi et al.,2018)和gs5(li et al.,2011)，同时调节粒长和粒宽的基因wg1(hao et al.,2021)、tgw6(ishimaru et al.,2013)和gs9(zhao et al.,2018)等等。这些基因主要是利用亚洲稻克隆得到，只有个别基因是利用非洲稻克隆得到，因此非洲稻的遗传资源还有待挖掘和利用。同时，选择大粒种子一直是植物驯化的主要目标(larsen et al.,1995；fuller et al.,2007)。然而，与其他作物籽粒增大的趋势不同，o.glaberrima的种子通常比其祖先o.barthii更短小(wu et al.,2017)。揭示非栽驯化过程中选择小种子的分子遗传基础，将有助于非洲栽培稻增产。前人研究发现在非洲稻的驯化过程中，选择不落粒的ogsh4等位基因会导致了籽粒变小，但不足以解释所有非洲栽培稻籽粒较小的现象，推测可能还有其他基因受到选择(wu et al.,2017)。因此，利用非洲稻尤其是非洲野生稻材料挖掘控制水稻粒长的基因，对解析非洲稻的驯化过程以及提高亚洲栽培稻和非洲栽培稻产量具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何调控植物农艺性状，为此，本发明提供了蛋白质或调控所述蛋白质的编码基因的表达的物质或调控所述蛋白活性和/或含量的物质的应用，所述蛋白质可为obgl1蛋白，具体可为下述任一种：

2、a1)氨基酸序列是seq id no:3的蛋白质，

3、a2)将seq id no:3所示的氨基酸序列经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质，

4、a3)与a1)或a2)所限定的氨基酸序列具有80％以上同一性且具有相同功能的蛋白质；

5、a4)在a1)-a3)中任一所限定的蛋白质的末端连接标签后得到的融合蛋白；

6、所述应用可为下述任一种：

7、b1)调控植物产量，

8、b2)制备调控植物产量的产品，

9、b3)培育农艺性状改变的植物，

10、b4)制备培育农艺性状改变的植物的产品，

11、b5)植物育种，

12、b6)制备用于植物育种的产品。

13、所述植物育种的指标包括植物农艺性状，所述植物育种的目的包括培育农艺性状改变的植物。

14、上述蛋白质中，所述蛋白标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为flag标签、his标签、mbp标签、ha标签、myc标签、gst标签和/或sumo标签等。

15、上述蛋白质中，seq id no：2由340个氨基酸残基组成，将其命名为obgl1蛋白或蛋白obgl1。其编码基因为obgl1基因。seq id no：3具体如下：madvgmvvvtpaasfhhthhhhhhheaaaaaaaaaaaaadpifpllsagpcvldpdksaasgsaiqfwqpppqlpssaaggnpnpsssafpylkkplpmldtgggssgsggaatcqdcgnqakkdcghqrcrtccksrgfdcsthvkstwvpaarrrerqqltgsassspatasaaaaskkprlltsqtttshtstsnattprsfdttsshqdasfreslprqvrapavfrcvrvtsiddgedeyayqatvtinghvfkgflydqgvddgrglaatsnddstaggvpniselhlggasisgnamreggssmvhsdlygggggsgggphilggssygntmn。

16、上述应用中，所述蛋白质可来源于水稻。

17、本文中，调控所述蛋白质活性和/或含量的物质可为调控基因表达的物质，所述基因编码所述蛋白质obgl1。

18、本发明还提供了生物材料的应用，所述应用可为如下任一种：

19、c1)调控植物产量，

20、c2)制备调控植物产量的产品，

21、c3)培育农艺性状改变的植物，

22、c4)制备培育农艺性状改变的植物的产品，

23、c5)植物育种，

24、c6)制备用于植物育种的产品；

25、所述生物材料可为下述任一种：

26、d1)编码所述蛋白质的核酸分子，

27、d2)含有d1)所述核酸分子的表达盒，

28、d3)含有d1)所述核酸分子的重组载体、或含有d2)所述表达盒的重组载体，

29、d4)含有d1)所述核酸分子的重组微生物、或含有d2)所述表达盒的重组微生物、或含有d3)所述重组载体的重组微生物，

30、d5)含有d1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有d2)所述表达盒的转基因植物细胞系，

31、d6)含有d1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有d2)所述表达盒的转基因植物组织，

32、d7)含有d1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有d2)所述表达盒的转基因植物器官。

33、本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化或点突变的方法，对本发明中抑制或降低或下调蛋白质obgl1编码基因表达的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的抑制或降低或下调蛋白质obgl1编码基因表达的核苷酸序列80％或80％以上同一性的核苷酸，且具有抑制或降低或下调蛋白质obgl1编码基因表达的功能，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

34、本文中，同一性是指氨基酸序列或核苷酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索以对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

35、本文中，所述80％以上的同一性可为至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。

36、本文所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如grna、mrna、sirna、shrna、sgrna、mirna或反义rna。

37、上述应用中，d1)所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如mrna或hnrna等。进一步地，d1)所述核酸分子可为靶向所述蛋白质编码基因的grna。

38、进一步地，上述应用中，d3)所述重组载体可为含有所述蛋白质obgl1编码基因obgl1表达盒的重组表达载体。所述植物表达载体可为gateway系统载体或双元农杆菌载体等，如pcambia1300载体、crispr-cas9载体、pcambia1301载体、pgwb411、pgwb412、pgwb405、dts9005、pbin438、pbi121、pcambia1302等。

39、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、萤光素酶基因等)、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(如抗除莠剂基因)等。

40、进一步地，上述应用中，d4)所述重组微生物具体可为酵母、细菌、藻和真菌。

41、进一步地，上述应用中，所述重组微生物可为农杆菌。所述农杆菌可为eha105。

42、进一步地，上述应用中，d6)所述植物组织可来源于根、茎、叶、花、果实、种子、花粉、胚和/或花药。

43、进一步地，所述生物材料中，d7)所述转基因植物器官可为转基因植物的根、茎、叶、花、果实和种子。

44、本发明还提供了一种调控植物农艺性状的方法，所述方法包括步骤m，所述步骤m可为通过调控目的植物中所述编码基因的表达，来调控植物农艺性状的步骤。

45、本发明还提供了一种生产农艺性状改变的植物的方法，所述方法包括步骤m，所述步骤m可为通过调控目的植物中所述编码基因的表达，得到农艺性状改变的植物的步骤。

46、所述步骤m可为抑制或降低或沉默目的植物中所述蛋白的活性和/或含量，或/和，抑制或降低或沉默所述蛋白的编码基因的表达量，来改变植物农艺性状。

47、抑制或降低或下调所述编码基因表达可通过基因敲除或基因沉默实现。

48、所述基因敲除(gene knock-out)是指通过基因编辑技术使特定靶基因失活的现象。基因敲除通过dna序列的改变使特定靶基因失活，包括且不限于基于锌指核酸酶(zinc-finger nucleases,zfn)，转录激活因子样效应因子核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,talen)和crispr/cas系统，crispr(cluster edregulatory interspaced short palindromic repeat)即成簇的规律间隔的短回文重复序列，是基因组中一个含有多个短重复序列的位点，cas9蛋白在rna的介导下能够对crrna–tracrrna识别的靶序列进行切割。

49、所述基因沉默是指在不损伤原有dna的情况下使基因不表达或低表达的现象。基因沉默以不改变dna序列为前提，使基因不表达或低表达。基因沉默可发生在两种水平上，一种是由于dna甲基化、异染色质化以及位置效应等引起的转录水平的基因沉默，另一种是转录后基因沉默，即在基因转录后的水平上通过对靶标rna进行特异性抑制而使基因失活，包括反义rna、共抑制(co-suppression)、基因压抑(quelling)、rna干扰(rnai)和微小rna(mirna)介导的翻译抑制等。

50、上述方法中，所述基因敲除或基因沉默可采用现有技术中的任何方式，以使基因产生缺失突变、插入突变或碱基变换突变，进而对obgl1基因进行基因敲除或基因沉默。

51、上述方法中，对目的水稻中所述obgl1基因进行基因敲除或基因沉默，可采取化学诱变、物理诱变、rnai、基因定点编辑、同源重组等方法。

52、上述调控也可通过锌指核酸酶(zinc finger nuclease，zfn)技术、类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effectornuclease，talen)技术或成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(clusteredregularly interspaced shortpalindromic repeats/crispr associated，crispr/cas9 system)技术，以及其它能实现基因组定点编辑的技术进行。

53、上述方法中，所述蛋白质可来源于水稻。

54、上文中，所述调控可为如下6种调控中的至少一种调控：

55、e1)在所述编码基因转录水平上进行的调控，

56、e2)在所述编码基因转录后进行的调控，

57、e3)对所述编码基因的rna转运进行的调控，

58、e4)对所述编码基因的翻译进行的调控，

59、e5)对所述编码基因的mrna降解进行的调控，

60、e6)对所述基因的翻译后的调控。

61、上述应用或方法中，所述农艺性状可为粒重和/或粒长和/或株高和/或穗粒数和/或单株产量。所述农艺性状改变可为粒重增加和/或粒长增加和/或株高增加和/或主茎穗的穗粒数增加和/或单株产量增加。

62、所述调控可为上调、提高或增加，所述调控也可为下调、降低或减少。

63、所述调控目的植物中所述编码基因的表达可为敲除水稻中所述编码基因。所述敲除水稻中所述编码基因具体可为将水稻基因组中序列表中序列2的第735位-第736位核苷酸之间插入1bp胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸t。

64、所述粒重可为千粒重。

65、上述应用或方法中，所述植物可为如下任一种：

66、f1)双子叶植物或单子叶植物，f2)禾本目植物，f3)禾本科植物，f4)水稻属植物，f5)水稻。

67、本发明还提供了产品，所述产品可为所述的蛋白质或生物材料。

68、本发明通过鉴定有非洲野生稻渗入的非洲栽培稻为背景的渗入系(以非洲栽培稻op108为轮回亲本，非洲野生稻w1411为供体亲本多代回交构建而成)的粒长表型；找到一个粒长显著变长的渗入系m8。为克隆控制m8和op108粒长表型差异的基因，构建了m8与op108的分离群体，采用图位克隆的方法定位目的基因。构建候选基因的敲除载体、互补载体和过表达载体，来验证基因功能。实验证明，本研究所获得的突变体材料能增加水稻粒长和提高单株产量，为遗传育种工作提供了新种质资源，为水稻品种选育提供新材料，对加快改良水稻品种具有积极的作用。