[发明专利]水稻谷氧还蛋白基因OsGrxC2在育种中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域，具体公开了水稻谷氧还蛋白基因OsGrxC2在育种中的应用；所述水稻OsGrxC2基因的核苷酸序列如SEQIDNO:1所示，序列全长384bp，编码127个氨基酸；OsGrxC2基因及其编码的蛋白可用于控制植株种胚的败育程度，有剂量效应，转OsGrxC2基因纯合植株种子会发生性状分离，产生无胚或者胚退化的材料，不能留种；同时，转OsGrxC2基因纯合植株稻谷千粒重和出米率提高，提高稻米产量和品质；因此，OsGrxC2基因可用于辅助培育无胚或胚退化水稻新品系，或用于培育高千粒重和高出米率水稻新品种，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。更具体地，涉及水稻谷氧还蛋白基因OsGrxC2在育种中的应用。

背景技术

谷氧还蛋白（Glutaredoxins，Grxs）是一类谷胱甘肽依赖型氧化还原酶，1976 年由Holmgren等在缺失Trx基因的大肠杆菌中首次发现，普遍存在于细菌、病毒、哺乳动物和植物中的小分子蛋白，分子量约为10-15 kDa。Grxs通过调节二硫键的氧化还原发挥作用，通常含有一个保守的双巯基cys-x-x-cys或者单巯基cys-x-x-ser活性位点。植物中的Grxs是以GrxS或GrxC活性位点的第四个残基为S或C命名，根据保守活性位点残基特点被分为CC-型、CPYC-型和CGFS-型（Lemaireet al., 2004; Rouhieret al., 2004）。一些编码Grxs蛋白的cDNAs已经从多种植物中分离（Shutian Li, 2014）。Rohini在2010年研究水稻中Grxs对各种逆境的响应时已经发现了48个Grxs基因，但这些Grxs基因大多功能还不清楚。现在已经报道Grxs基因的功能有：调控植物的发育，参与DNA合成、信号传导和胁迫响应，[Fe-S]簇的聚集等（Rouhieretal., 2004, 2007）。尽管Grxs在许多种植物中已经被鉴定，但是到目前为止只有一小部分基因进行了功能研究分析。OsGrxC2是本发明人研究的一个谷氧还蛋白，推测其可能在种子贮藏过程中发挥重要的作用。

胚是水稻种子的重要组成部分，胚的发生和发育直接影响着水稻的繁殖和发育，胚在植物传宗接代以及植物形态发生中都具有非常重要的作用。水稻的胚位于颖果腹侧基部，虽然只占颖果重量的2%～3%，却是颖果最重要的组成部分。稻胚是稻株新个体的原始体，在颖果成熟时已有胚芽、胚轴、胚根和子叶等器官的分化，胚的发育对稻株的个体发生和形态建成至关重要。目前已经研究的关于种胚发育的标记基因主要包括Roc1、ATML1、SCR、RAmy1A和OSH1等。Roc1、 ATML1基因在L1层表达，对L1表皮原是一个很好的分子标记。拟南芥SCR基因特异性的定位在内皮细胞层包括皮质、内皮起始细胞。RAmy1A和OSH1分别是上皮细胞和芽尖区域的分子标记基因。但目前对水稻胚胎发育相关的分子机制和细胞活动的认识甚少。

水稻（Oryza sativa L.）是世界重要粮食作物之一，全世界半数以上的人口以其为主食，水稻生产是关系到国计民生的大事，与我国粮食安全保障密切相关。水稻育种上的每一次突破，都必然给农业生产带来一次飞跃。水稻矮秆资源的发掘和利用，使水稻种植发生了第一次飞跃。70年代水稻野败型不育系的发掘和利用，我国“三系”杂交稻培育成功,使水稻种植发生了第二次飞跃。光温敏核不育等基因资源的发掘和利用又给水稻育种的突破带来新的途径。但进入21世纪，杂交稻的育成品种大多在低水平上重复，杂交稻种植面积出现了徘徊局面。究其主要原因是三系杂交稻目前所利用亲本的遗传背景相对狭窄，受恢复基因限制，杂种优势的潜力有限。三系法育种程序和生产环节复杂，以致选育新组合的周期长、效率低、推广环节多、种子成本高，二系杂交稻也存在制种难度较大等问题，影响了杂交稻的进一步发展。常规稻产量稳定品质好，然而我国植物品种保护制度不完善，也影响其进一步的应用。