[发明专利]Ghd7-1基因调控水稻产量、开花期及株高中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及一个对水稻谷物产量，开花期及植株高度同时具有巨大效益的数量性状位点基因的精细定位并借用农杆菌介导的遗传转化方法进行了功能验证。

背景技术

水稻是全球将近一半人口的主要食物，但是随着人口的日益增长和耕地的不断紧缩，如何提高水稻单位面积的产量来满足不断增加的粮食需求，是一个迫切需要解决的问题。水稻产量的直接组成因子包括每穗实粒数，千粒重和单株分蘖数，同时又受到了倒伏，病虫害和水源等多方面的影响。其中，每穗实粒数由每穗颖花数和结实率共同决定；千粒重由粒长、粒宽、粒厚和充实度共同决定。水稻作为一个感光性很强的短日照植物，开花期的早晚决定了水稻的种植地域性限制。植株高度则对植株生物量和倒伏性都有影响进而影响了水稻的产量，第二次绿色革命就是通过降低水稻高度，提高抗倒伏性而达到了高产的目的。

目前已经克隆了众多影响产量的基因，其中Ghd7和Ghd8都是同时影响了水稻产量，开花期和植株高度的多效基因。Ghd7位于水稻第7染色体近着丝粒区，编码一个包含CCT domain的蛋白，在长日照条件下它能增加株高30cm，延迟抽穗30天，同时增产50%（Weiya Xue等，Natural variation in Ghd7 is an important regulator of heading date and yield potential in rice,Nature genetics,2008,40:761-767）。Ghd8位于第8染色体上端，编码了一个CBF类基因，在长日照下它能增加株高20cm，延迟抽穗9天，同时将单株产量由15.1克增加至23.8克（Wenhao Yan等，A major QTL,Ghd8，plays pleiotropic roles in regulating grain productivity,plant height,and heading date in rice,Molecular plant,2011,4:319-330）。

本发明利用图位克隆的方法克隆了一个位于第7染色体长臂末端，能同时影响了水稻单产，开花期和植株高度的多效基因Ghd7-1。在长日照下Ghd7-1能够增加每穗颖花数50%，单株产量由14.8g提高到25.6g，同时延迟抽穗19天，增加植株高度28cm，因而对水稻育种有着巨大的应用价值。

发明内容

本发明克隆了一个控制水稻谷粒产量、抽穗期和株高的多效性基因Ghd7-1。这个基因在一定程度增加株高和延长生育期，同时大幅度提高水稻产量，具有较好的生产应用前景。申请人将克隆的这个基因命名为Ghd7-1。

本发明是这样实现的：

1、QTL扫描及近等基因系的构建：利用一个由水稻品种珍汕97（ZS97）和特青(TQ)衍生出的共190个家系的重组自交系（分别命名RIL-1,RIL-2……RIL-190），种植了F7和F8代进行QTL扫描的时候发现在第7染色体末端RM248附近有一个同时控制产量，株高和开花期的QTL，而此处为杂合型的第189家系（简称RIL189）同时存在株高，抽穗期和每穗颖花数的分离，其中特青基因型为高株，晚抽穗，每穗颖花数增加(Touming Liu等，2011),且表现成3:1分离，与珍汕97等位基因型相比，特青等位基因型能增加产量50%，延迟抽穗期19天，增加株高28cm，即该位点的近等基因系构建完成（见附图1,2）。

2、Ghd7-1的精细定位与候选基因的确定：2011年在湖北武汉种植了2200株的近等基因系背景F2大群体进行基因的精细定位，将基因定位在公共标记RM22181到染色体末端约104kb的区间。通过对该区段基因进行功能预测，对在标记RM22181之后20kb的OsPRR37进行比较测序，与特青相比，珍汕97存在一个8bp的缺失，该8bp的缺失设计为标记鉴定所有重组单株，发现它与表型共分离。因此，将它确定为候选基因。OsPRR37编码产物为拟响应调控因子，该8bp的缺失导致了该基因编码产物的提前终止，造成了CCT domain的缺失。OsPRR37在拟南芥，大麦和高粱里面的同源基因都已经证明与植物开花有关系，因此我们将它作为候选基因。