一种控制水稻分蘖的基因LTD1及应用

本发明属于基因工程育种，具体涉及ltd1基因和/或其编码蛋白在调控水稻分蘖数中的应用。

背景技术：

1、提高水稻单位面积产量是应对世界人口增加、可用耕地减少、极端天气频发等挑战的首要措施。水稻产量三因素包括有效穗数、每穗粒数和粒重，有效分蘖数直接决定单株有效穗数，适当的分蘖数是提高水稻产量的重要基础。分蘖数太少则有效穗数减少，进而影响单株产量；而分蘖数过多，则影响水稻群体的通风和受光面积，易发病害，继而造成水稻减产。因此，深入研究水稻分蘖发生机理，合理有效的调控分蘖数目，对保障水稻高产具有重要意义。

2、根据分蘖的发生过程，参与调控水稻分蘖数目的基因可以分为两类，一类是调控分蘖芽形成的基因，另一类是调控分蘖芽向外伸出生长的基因。近20多年以来，参与水稻分蘖形成和生长发育的基因发掘及其分子机制已有很多研究，如水稻中第一个被克隆到的控制分蘖的关键基因moc1，以及其它重要基因如moc3、fon1等。然而，发掘、克隆新的分蘖突变体或基因对进一步解析水稻分蘖遗传调控网络具有重要意义

技术实现思路

1、本发明中，发明人对籼稻恢复系676r进行化学诱变，获得少分蘖突变体ltd1，该突变体表现分蘖减少、株高变矮。对分蘖芽的形成和生长进行观察，发现ltd1能形成分蘖芽，但分蘖伸长生长迟缓，因此，其少分蘖表型主要是由于分蘖芽伸长生长受到抑制所引起的。遗传分析发现该突变体表型受一对隐性核基因控制，通过图位克隆并结合高通量测序和mutmap分析，获得了候选基因ltd1（loc_os01g19760）。

2、基于上述发现，本发明的一个目的是提供一种ltd1基因和/或其编码蛋白、含有ltd1基因的表达载体、含有所述表达载体的工程菌在调控水稻分蘖数中的应用；本发明第二个目的是提供一种调控水稻分蘖数的方法；本发明还有一个目的是提供一种ltd1基因单倍型hap7在筛选分蘖数多、株高矮的水稻品种中的应用。

3、本发明包括如下技术方案：

4、在本发明的第一方面，本发明提供一种ltd1基因和/或其编码蛋白或检测所述ltd1基因和/或其编码蛋白的物质在如下任一项中的应用：

5、a1）在调控水稻分蘖数中的应用；

6、a2）在筛选或辅助筛选分蘖数多的水稻单株或株系或品种中的应用；

7、a3）在水稻杂交育种中的应用；

8、a4）在水稻基因工程育种中的应用。

9、所述ltd1基因的dna序列如seq id no:1所示，所述ltd1基因的cdna序列如seq idno:2所示，所述ltd1基因编码蛋白的氨基酸序列如seq id no:3所示。

10、所述用于检测ltd1基因的物质为如下任一种：

11、b1）seq id no:4和seq id no:5所示的pcr引物的组合；

12、b2）含有b1）所述的pcr引物组合的pcr试剂；

13、b3）含有b1）所述的pcr引物组合物和/或b2）所述的pcr试剂的试剂盒。

14、所述用于检测ltd1基因编码蛋白的物质包括通过免疫组织化学技术检测ltd1基因编码蛋白的试剂，或者包括可检测的与ltd1基因编码蛋白相关的核酸表达量或ltd1基因编码蛋白含量的试剂，所述试剂包括但不限于结合ltd1基因编码蛋白的抗体、多肽、蛋白质或核酸分子。

15、在本发明的第二方面，本发明提供一种表达载体在如下任一项中的应用：

16、c1）在调控水稻分蘖数中的应用；

17、c2）在筛选或辅助筛选分蘖数多的水稻单株或株系或品种中的应用；

18、c3）在水稻杂交育种中的应用；

19、c4）在水稻基因工程育种中的应用；

20、所述表达载体包含本发明第一方面所述的ltd1基因。

21、在本发明的第三方面，本发明提供一种工程菌在如下任一项中的应用：

22、d1）在调控水稻分蘖数中的应用；

23、d2）在筛选或辅助筛选分蘖数多的水稻单株或株系或品种中的应用；

24、d3）在水稻杂交育种中的应用；

25、d4）在水稻基因工程育种中的应用；

26、所述工程菌中包含本发明第二方面所述的表达载体。

27、具体的，所述工程菌由本发明第二部分所述的表达载体转化入宿主菌制备得到，所述宿主菌包括但不限于大肠杆菌或农杆菌。

28、本发明所述的调控水稻分蘖数包括正调控ltd1基因和/或其编码蛋白促进水稻分蘖芽伸出生长。

29、在本发明的第四方面，本发明提供一种调控水稻分蘖数的方法，所述方法包括使用如下任一项转化水稻细胞，将转化后的水稻细胞培育成植株：

30、e1）本发明第一方面所述ltd1基因；

31、e2）含有e1）所述的ltd1基因的表达载体；

32、e3）含有e2）所述的表达载体的工程菌。

33、在本发明的第五方面，本发明提供一种提高水稻分蘖数的方法，所述方法包括如下步骤：

34、f1）培养水稻胚性愈伤组织；

35、f2）采用农杆菌转化法，使用含有ltd1基因过表达载体的工程菌侵染步骤f1）得到的水稻胚性愈伤组织，经抗性筛选得到转基因胚性愈伤组织；经筛选、分化、生根和炼苗等过程获得

36、f3）诱导所述转基因胚性愈伤组织分化，生根，炼苗，获得高分蘖数水稻植株。

37、在本发明的第六方面，本发明提供一种高分蘖数水稻植株，所述水稻植株根据本发明第五方面所述的方法制备得到。

38、在本发明的第七方面，本发明提供一种ltd1基因单倍型hap7或检测ltd1基因单倍型hap7的物质在如下任一项中的应用：

39、g1）在鉴定或辅助鉴定水稻分蘖和株高情况中的应用；

40、g2）在筛选或辅助筛选分蘖数高、株高低的水稻单株或株系或品种中的应用；

41、g3）在水稻杂交育种中的应用；

42、g4）在水稻基因工程育种中的应用。

43、所述ltd1基因单倍型hap7的第394位碱基为g、第675位碱基为a、第994位碱基为a、第1290位碱基为c、第1451位碱基为a、第1791位碱基为g、第2164位碱基为g、第2394位碱基为c、第2428位碱基为t、第2621位碱基为g、第2773位碱基为g。

44、所述用于检测ltd1基因单倍型hap7的物质为如下任一种：

45、b1）seq id no:4和seq id no:5所示的pcr引物的组合；

46、b2）含有b1）所述的pcr引物组合的pcr试剂；

47、b3）含有b1）所述的pcr引物组合物和/或b2）所述的pcr试剂的试剂盒。

48、本发明提供的技术方案具有如下技术贡献：

49、首先，发明人通过化学诱变获得突变体ltd1，所述突变体除了明显的少分蘖表型外，还表现出株高变矮的表型，通过图位克隆并结合高通量测序和mutmap分析，获得了候选基因ltd1（loc_os01g19760），进一步通过ltd1过表达载体构建ltd1过表达植株，以及rnai转基因植株，结果表明ltd1基因对水稻分蘖数有重要影响。

50、此外，发明人对ltd1在水稻种质资源群体的变异情况分析表明，ltd1的8个单倍型在籼稻和粳稻的分布频率有显著差异，尤其是单倍型hap7（籼稻特有）在具有高分蘖能力的同时，还具有低苗高特性，可用于水稻育种。