[发明专利]OsJMJ714影响水稻籽粒大小以及盐胁迫耐性的功能及其应用

说明书

本发明公开了一个水稻JMJC家族成员OsJMJ714在影响籽粒大小及其对盐胁迫的耐性方面的应用。通过转基因技术创建所述转OsJMJ714基因水稻，获得的转基因植株籽粒大小以及盐胁迫耐性改变的水稻材料，因此OsJMJ714基因在改良水稻农艺性状如籽粒大小与胁迫耐性方面具有很好的应用价值。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种调控水稻籽粒大小以及盐协迫耐性的基因及其在农作物转基因改良中的应用。

背景技术

种子大小是决定水稻产量的重要因素之一，长期以来一直是很多作物育种改良的重要目标,其调控机制备受关注。生长素作为最重要的植物激素之一，参与了植物生长发育的众多重要过程。尽管生长素的合成、运输和信号转导在模式植物拟南芥中研究已比较深入，然而其在作物中的研究和对作物产量的影响仍知之甚少。丝裂原活化蛋白激酶MAPKs是生物体中广泛存在的蛋白激酶，它们在植物生长发育以及胁迫反应过程中发挥了重要作用。中国科学院遗传与发育生物学研究所和中国水稻所合作鉴定了一个水稻矮杆小粒突变体dsg1，DSG1编码一个丝裂原活化蛋白激酶OsMAPK6细胞生物学分析表明DSG1是通过调控细胞分裂而调节了细胞数目，进而影响了水稻种子大小及其生物量。中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究员和中科院院士李家洋课题组合作通过对一水稻大粒显性突变体(Big grain1, Bg1-D)的研究，发现BG1编码一个受生长素特异诱导的早期响应的未知功能蛋白，在水稻茎和穗的维管组织中特异表达。BG1过表达株系生长素极性运输能力显著增强，并导致水稻籽粒显著增大。田间试验表明，BG1过量表达株系与对照相比千粒重增加25%，产量增加21%。BG1过量表达植株生物量也显著提高。华中农业大学克隆的GS5是一个种子大小的正调控因子，可以促进水稻颖壳细胞的横向分裂，进而增大颖壳的宽度，最终增大种子的大小以及增加谷粒的重量和单株产量。研究表明，通过GS5的调控，水稻谷粒可增宽8.7%，粒重可增加7%，单株产量可提高7.4%。这为作物高产育种提供了具有自主知识产权的新技术。华中农业大学张启发院士鉴定控制水稻粒形基因GS3，证实了GS3是调控谷粒大小的主要基因，揭示了基因所编码蛋白的结构与功能之间的关系。研究还发现，几乎所有的优良粳稻品种都带有完整的GS3蛋白，表现为中等粒型，而优良长粒型籼稻品种的GS3蛋白无功能，通过对该基因的导入和替换，能有效地改变水稻品种的粒型，表明GS3对水稻的产量和品质有重要的决定作用，是粒型的变异和演化的主要决定因子之一。这些研究为解析种子大小的遗传调控机制以及改良水稻品质与产量奠定了良好的基础。

盐对植物造成伤害有两种类型，一种是游离于根表面的离子导致的渗透胁迫，另一种是钠离子或者氯离子进入植物体内产生离子毒害。许多耐盐植物耐盐的原因是这些植物可以有效控制盐离子的摄入并将它们储存在细胞组分和组织中以应对外界高盐对其造成的伤害。植物在受到盐胁迫时，往往改变自身形态以适应胁迫。植物可以通过调整根的生长和根的结构来响应盐胁迫。单子叶植物的初生根在幼苗的早期发育和后续的侧根形成阶段有重要作用。单子叶植物水稻的侧根起始于韧皮部中柱鞘细胞。盐胁迫信号通过调控初生根的生长和侧根的发育来调整根系结构。盐胁迫是通过减少细胞分裂和伸长来抑制初生根的生长，对侧根的影响相对复杂，中浓度的盐离子可以促进侧根的起始，高浓度盐离子引起渗透胁迫并阻断侧根的起始。

植物生长发育由遗传调控和表观遗传调控协同决定，表观遗传修饰影响染色质构型的开发或关闭进而导致基因的活化或沉默。含JumonjiC ( JmjC) 结构域的蛋白具有组蛋白去甲基化酶功能，拟南芥和水稻JMJC蛋白影响组蛋白去甲基化和DNA甲基化修饰并对花期和花器官发育进行精细调控。本发明对水稻中编码JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶OsJMJ714基因超表达，导致水稻体内的组蛋白H3K9脱甲基化和DNA甲基化的修饰发生变化，并影响水稻籽粒大小与盐胁迫耐性。

发明内容