[发明专利]水稻株高的表观调控位点及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于植物分子生物学领域，具体涉及水稻株高的表观调控位点，所述表观调控位点通过改变旁邻基因的表达，进而控制水稻的株高。

背景技术

赤霉素(gibberellins，GAs)是一种重要的双萜类植物激素，调节植物整个生命周期不同阶段的生长发育，如种子萌发、茎秆伸长、叶片伸展、花的发生以及果实发育等(Yamaguchi，2008)。至今，已从不同植物中先后鉴定出130多种结构不同的GA，但其中只有少数GA具有生理活性，如GA1、GA3、GA4和GA7等(Yamaguchi，2008)。众所周知，20世纪60年代“绿色革命”即半矮化育种的推广使得世界粮食产量大幅提高，而发挥重要作用的小麦Rht1(reduced height1)基因和水稻sd1(semi-dwarf1)基因都与赤霉素有关(Peng et al.，1999；Sasaki et al.，2002；Spielmeyer et al.，2002)。

在水稻基因组中存在两个双萜类化合物合成的基因簇，分别位于2，4号染色体上。其中包含了不同类型的CPS和KS合成酶(如OsCPS2、OsCPS4和OsKSL4-7)，它们可以将GA前体GGPP进一步催化成其它分支上的不同植保素(Swaminathan et al.，2009)。这些研究结果都表明在对以GGPP为前体的任何萜类合成途径分支的操纵都会影响其他的分支上化合物的合成。GA2ox催化2β-羟基化使活性GA1和GA4钝化的GA8和GA34(图1)，可以有效地调控对拟南芥植株体内活性GA浓度，将其过表达后植株便显出GA缺失的矮化表型(Schomburg et al.，2003)。另有研究发现，在水稻中存在一条新的GA钝化机制，即EUI(Elongated UppermostInternode)基因编码一个细胞色素P450单氧化酶(CYP714D1)，可以使活性GA4的16，17-双键发生环氧化形成16α，17-二羟醇进而被钝化(Nelson2004)。水稻eui缺失突变体变现为高秆，特别是倒一节茎秆内积累较多的GA；而过表达EUI水稻株高变矮，体内检测到16α，17-二羟醇的存在，表明EUI使活性GA钝化。另外，在许多植物中都存在16a，17-二羟醇，这说明EUI催化的16，17-环氧化可能是一种普遍的GA去活化机制(Luo et al.，2006；Zhu et al.，2006)。总之，植物GA合成和代谢途径对活性GA的响应，一方面通过改变GA合成反应(上下调合成关键酶基因)，另一方面通过改变GA钝化反应(上下调钝化相关酶基因)，来实现植物体内活性GA水平的稳态平衡。

MITEs(mimnature inverted-repeats transposable elements)是植物中重要的一类转座子在许多真核生物和原核生物基因组中都存在(Feng et al.，2002；Feschotte et al.，2002)。MITEs片段较小(通常80-500bp)，而且在基因组中有很多的拷贝，大多数都存在于靠近基因附近的非编码区(内含子，5′-UTRs，3′-UTRs)，可能调控附近基因的表达(Oki et al.，2008；Piriyapongsa and Jordan，2008)。与拟南芥不同，在水稻中MITEs是拷贝数最高的转座子(Jiang et al.，2004)。MITEs转录后形成具有茎环结构的RNA，可以产生siRNA和miRNA两类小分子RNA，它是siRNA向miRNA进化转变过程的中间体(Piriyapongsa and Jordan，2008)。水稻中由MITE产生的siRNA441，siRNA446在水稻响应ABA信号途径以及干旱、盐、冷等非生物胁迫时可能作为正调控因子。它们主要通过降解靶基因F-box基因mRNA来发挥作用(Yan et al.，2011)。与拟南芥相比，水稻基因组中含有更加丰富的转座子或重复序列，并且这些序列存在多数水稻基因附近。来源于TEs的大量24-nt siRNA可能通过对旁邻基因进行DNA或组蛋白甲基化表观修饰来调控其表达，最终精细地调节水稻的整个发育阶段。

水稻是我国最重要的粮食作物之一，关系到我国粮食安全以及人民生活的基本保障。水稻株型育种一直是现代育种学家关注的焦点问题之一。随着分子生物学、功能基因组学以及高通量测序等手段的广泛应用，TEs产生24-nt siRNA调控赤霉素代谢相关基因，进而影响水稻株高的分子机理研究不断深入，可以为分子改良作物的重要农艺性状提供了重要线索和依据。