[发明专利]一种调控作物矮化及其产量的基因及其应用

说明书

本发明提供了一种调控作物矮化及其产量的基因及其应用，具体地，本发明提供的农作物(如水稻)矮化相关基因SBI或其编码蛋白、或其突变蛋白、或其促进剂，可用于调控农作物的农艺性状，所述农艺性状选自下组的一种或多种(i)株高；(ii)分蘖数；(iii)单株粒重；(iv)产量。此外，本发明还首次发现，将农作物中矮化相关蛋白SBI的第308位氨基酸(天冬氨酸)突变为天冬酰胺，和/或第338位氨基酸(甘氨酸)突变为精氨酸，可显著降低活性赤霉素GA₁/GA₉的含量，并显著提高失活形式的赤霉素GA₈/GA₅₁/GA₂₉的含量，从而显著降低株高，提高农作物的抗倒伏能力。

技术领域

本发明涉及农学领域，具体地，涉及一种调控作物矮化及其产量的基因及其应用。

背景技术

植株高度是高等作物株型的重要组成，与作物产量密切相关。植株高度的适度矮化使得作物抗倒伏能力增强，适宜高密度种植和便于机械化管理。例如，对于粮食作物如水稻、小麦，株高过高易引起倒伏而减产，株高适度矮化有利于作物耐肥、抗倒伏、高产。矮化育种使作物单位面积产量获得了极大的提高，并成为“绿色革命”的标志性成就之一，发掘和鉴定矮源基因对作物品种的理想株型的遗传改良具有十分重要的意义。

以水稻为例，目前人们发现的控制水稻矮化性状的基因已有130多个，主效基因已达70多个。株高既属于数量性状遗传，又表现为质量性状遗传。既由主效基因控制，同时也受到微效基因与环境因素的影响。对这些矮秆基因的分子机制研究表明，它们大多通过影响内源植物激素——赤霉素、生长素、油菜素内酯、独角金内酯、脱落酸及乙烯的生物合成及信号转导从而调节作物的株高，其中以赤霉素的调控最为重要。例如，sd-1基因编码一个赤霉素合成途径中的关键酶GA20ox，该基因主要在叶片、茎秆、未开放的花中表达强烈，因此携带sd-1等位突变基因的水稻株高降低，而产量不受影响。sd-g基因与赤霉素受体基因gid1相等位，携带sd-g基因的水稻矮秆品种对外源赤霉素不敏感，导致细胞伸长受到影响，植株发生矮化。小麦半矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b编码赤霉素信号通路中负调因子DELLA蛋白，该基因的突变导致DELLA蛋白功能缺失，下游基因无法被赤霉素诱导表达，小麦株高发生矮化。

中国普遍利用的籼稻矮源主要有4个，即矮仔占、矮脚南特、低脚乌尖和印尼水田谷。其矮生性均由sd-1控制。由其衍生的品种占总品种数的83.9％。代表性品种有广场矮、广陆矮四号、湘矮早7号、湘矮早9号等。另一个在生产上得到了大面积应用的半矮秆基因为sd-g，其代表性品种有桂朝、双桂、特青、胜优等，年推广面积都曾超过66.7万hm。除了常规稻品种，中国大多数杂交稻组合中的不育系和恢复系都含有半矮秆基因sd-1，而sd-g基因在杂交稻中也得到了利用。少数矮秆基因的广泛利用潜藏着由遗传单一带来的风险，例如1978年韩国有76％的水稻耕地面积种植统一类型的半矮秆品种，这些品种大多受到稻瘟病和低温的影响，造成了严重减产。因此，发掘、鉴定和利用新矮源基因成为作物育种的重要研究内容。迄今为止，国内外通过发掘和诱变已获得了70余个非sd-1等位矮生、半矮生基因，但这些矮秆材料大多农艺性状差、生长势弱、植株过矮、分蘖少或极多、穗型不理想等，在育种上很少得到应用。因此，在拓宽矮源的同时，改良种质、挖掘具有理想农艺性状的新型矮源极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可改良农作物农艺性状的新的矮化相关基因及其突变蛋白。

在本发明第一方面，提供了一种矮化相关基因SBI突变蛋白，所述的突变蛋白为非天然蛋白，且所述突变蛋白具有催化活性赤霉素或其前体GA₁/GA₉含量降低，催化失活形式的赤霉素GA₈/GA₅₁/GA₂₉含量升高的活性，并且所述突变蛋白在野生型的SBI蛋白的对应于SEQ ID NO.:1的选自下组的一个或多个与酶催化活性相关的核心氨基酸发生突变：

第308位天冬氨酸(D)；和/或