一种调节水稻粒形的基因及其应用

本发明涉及植物基因工程领域，特别是涉及一种调节水稻粒形的基因及其应用。

背景技术：

1、水稻是我国乃至世界上的重要粮食作物，全世界超过一半人口以稻米为主食。水稻产量是受多基因控制的复杂农艺性状，主要受三大因素影响，其中包括单位面积有效穗数、每穗粒数和千粒重。粒形是与水稻产量和品质直接相关的重要农艺性状，一方面，粒形直接决定了千粒重，是决定水稻产量的要素之一；另一方面，粒形与稻米的外观品质、加工品质、蒸煮食味品质等密切相关，是影响稻米品质的重要因素。因此，发掘和利用新的粒形调控基因改良水稻粒形对提高水稻产量和改良稻米品质均具有十分重要的意义。

2、长期以来，高产、优质是水稻育种一贯追求的目标。水稻粒形是受多基因控制的复杂数量性状，对水稻产量和品质均具有重要的影响，既是遗传调研究的理想性状又是水稻驯化和设计育种的重要靶标，基于粒形研究在基础与应用研方面的重要价值，日益成为水稻研究方面的热点课题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种调节水稻粒形的基因，该基因通过反向遗传学法得到，能够应用于调控水稻粒形、生育期，不仅丰富了水稻粒形调控的分子机制，也为研究水稻粒形改良提供了新的基因资源，为水稻设计育种提供了新的材料选择，在水稻中敲除该基因可以培育小粒形水稻品种，为水稻粒形的改良提供新选择。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种调节水稻粒形的基因，该基因为crc基因，序列如seq id no：1所示。

3、本发明人研究过程中发现，染色质重塑因子可以调控染色质中dna与核小体间的相互作用来影响染色质构型，进而调控基因的表达。前期关于植物的研究中，已有拟南芥染色质重塑因子在生长发育及核小体排布调控方面的功能的相关研究结果，但尚未有染色质重塑因子参与调控水稻粒形的相关研究。本发明人通过反向遗传学法发现一个水稻染色质重塑因子基因crc(loc_os01g27040)与水稻粒形(包括粒长、粒宽)存在较高关联性，并通过基因敲除实验，验证了在野生型水稻中敲除crc基因，能够使水稻籽粒极显著地变短、变窄，进一步研究发现，crc突变以后能显著降低水稻颖壳细胞数目。本发明人以其为染色质重塑因子直接参与水稻粒形调控提供理论依据，为水稻粒形的遗传改良提供新的基因资源。

4、本发明还提供了一种调节水稻粒形的氨基酸，该氨基酸由所述基因编码得到，所述氨基酸的序列如seq id no：2所示。

5、本发明还提供了所述基因或所述氨基酸在调节水稻籽粒粒形或调节水稻籽粒生育期中的应用。

6、在其中一个实施例中，所述调节水稻籽粒粒形包括缩短和/或缩窄水稻籽粒；

7、所述调节水稻籽粒生育期包括延长水稻籽粒生育期。

8、在其中一个实施例中，所述调节水稻籽粒粒形通过减少水稻籽粒细胞数目实现。

9、在其中一个实施例中，所述应用包括：靶向敲除所述基因的载体、表达所述载体的转基因细胞系、表达所述载体的重组菌，在调节水稻籽粒粒形或调节水稻籽粒生育期中的应用。

10、本发明还提供了一种基因敲除载体，该基因敲除载体通过crispr-cas9系统，以seq id no：3和seq id no：4所示序列为靶序列构建得到。

11、在其中一个实施例中，所述基因敲除载体的初始载体包括双元农杆菌载体，所述双元农杆菌载体包括pylcrispr-cas9-mh或pmbia1300-cas9。

12、在其中一个实施例中，所述基因敲除载体包括真核或原核筛选标签基因。

13、通过加入筛选标签基因，能够便于对转基因后的植物细胞或植物进行鉴定或筛选。

14、本发明还提供了一种水稻突变体，该水稻突变体的crc基因的位于第一外显子的seq id no：3所示序列中相邻的碱基a和t之间插入碱基a，位于第二外显子的seq id no：4所示序列中相邻的碱基t和c缺失。

15、本发明还提供了所述水稻突变体的制备方法，包括以下步骤：

16、构建基因敲除载体：采用crispr-cas9系统，以seq id no：3和seq id no：4所示序列为靶序列，以seq id no：5、seq id no：6、seq id no：7和seq id no：8所示序列为引物获得对应核苷酸片段，构建得到基因敲除载体；

17、制备水稻突变体：将所述基因敲除载体导入水稻细胞，靶向敲除crc基因，得到水稻突变体。

18、上述水稻突变体包括籽粒偏小的水稻。

19、在其中一种实施例中，通过基因枪、原生质体介导、花粉管通道或农杆菌介导的物理、化学或生物学方法导入到宿主植物的细胞或组织中，所述宿主植物优选为水稻。

20、在其中一个实施例中，通过农杆菌介导的转基因方法将所述基因敲除载体导入水稻细胞。

21、本发明还提供了一种水稻籽粒的粒形或生育期的调节方法，通过基因工程育种法或杂交育种法实现，所述基因工程育种法包括：采用所述制备方法得到水稻突变体；

22、所述杂交育种法包括：将所述水稻突变体与野生型水稻杂交。

23、上述杂交育种法具体包括以下步骤：将所述水稻突变体作为供体亲本，与野生型水稻杂交，在后代中选育达到改良目标的水稻，进而实现水稻粒形或生育期的定向改良。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明的一种调节水稻粒形的基因及其应用，该基因通过反向遗传学法得到，能够应用于调控水稻粒形、生育期，不仅丰富了水稻粒形调控的分子机制，也为研究水稻粒形改良提供了新的基因资源，为水稻设计育种提供了新的材料选择，在水稻中敲除该基因可以培育小粒形水稻品种，为水稻粒形的改良提供新选择。

技术特征：

1.一种调节水稻粒形的基因，其特征在于，该基因为crc基因，序列如seq id no：1所示。

2.一种调节水稻粒形的氨基酸，其特征在于，该氨基酸由权利要求1所述基因编码得到，所述氨基酸的序列如seq id no：2所示。

3.权利要求1所述基因或权利要求2所述氨基酸在调节水稻籽粒粒形或调节水稻籽粒生育期中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述调节水稻籽粒粒形包括缩短和/或缩窄水稻籽粒；

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述调节水稻籽粒粒形通过减少水稻籽粒细胞数目实现。

6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述应用包括：靶向敲除权利要求1所述基因的载体、表达所述载体的转基因细胞系、表达所述载体的重组菌，在调节水稻籽粒粒形或调节水稻籽粒生育期中的应用。

7.一种基因敲除载体，其特征在于，该基因敲除载体通过crispr-cas9系统，以seq idno：3和seq id no：4所示序列为靶序列构建得到。

8.一种水稻突变体，其特征在于，该水稻突变体的crc基因的位于第一外显子的seq idno：3所示序列中相邻的碱基a和t之间插入碱基a，位于第二外显子的seq id no：4所示序列中相邻的碱基t和c缺失。

9.权利要求8所述水稻突变体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种水稻籽粒的粒形或生育期的调节方法，其特征在于，通过基因工程育种法或杂交育种法实现，所述基因工程育种法包括：采用权利要求9所述的制备方法得到水稻突变体；

技术总结
本发明涉及一种调节水稻粒形的基因及其应用，涉及植物基因工程领域。一种调节水稻粒形的基因，该基因为CRC基因，序列如SEQ ID NO：1所示。该基因通过反向遗传学法得到，能够应用于调控水稻粒形、生育期，不仅丰富了水稻粒形调控的分子机制，也为研究水稻粒形改良提供了新的基因资源，为水稻设计育种提供了新的材料选择，在水稻中敲除该基因可以培育小粒形水稻品种，为水稻粒形的改良提供新选择。

技术研发人员：张向前,栾鑫,李洁铌,谢桃,洪宇,刘纳,宋雨昕,苏瑶,付雪莉
受保护的技术使用者：佛山科学技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17