[发明专利]水稻半卷叶基因SRL10及其应用

说明书

本发明属于植物基因工程领域。具体地说，本发明涉及一种利用图位克隆技术克隆的水稻半卷叶基因SRL10，以及利用转基因互补实验确认该基因的功能；同时还涉及利用该基因的基因编辑，改良植株叶片形态，可以塑造水稻理想株型，提高农作物的产量。本发明公开了一种水稻叶形控制基因SRL10编码的蛋白质，该蛋白质具有Seq ID No：2所示的氨基酸序列。本发明还同时公开了编码权利要求上述蛋白质的基因，该基因具有Seq ID No：1所示的核苷酸序列。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体地说，本发明涉及一种利用图位克隆技术克隆的水稻半卷叶基因SRL10，以及利用转基因互补实验确认该基因的功能；同时还涉及利用该基因的基因编辑，改良植株叶片形态，可以塑造水稻理想株型，提高农作物的产量。

背景技术

现代农业发展的一个主要挑战是满足全球日益增长的农业需求。这个挑战强调了对能持续提高粮食产量的各种策略的迫切需求(Ray et al.,2012)。我国是水稻生产大国，也是稻米消费大国。水稻先后经历两次绿色革命和超级稻育种，产量大幅增加。近年来，我国水稻种植面积连年下降，而人口逐年递增，粮食产量徘徊不前，我国粮食安全问题日益突出，如何提高水稻单产，缓解粮食危机是育种家们面临的攻关难题。叶片是植株进行光合作用的主要器官，也是植株形态建成的一个重要指标。叶片形态经常会随着环境的变化而变化，从而直接影响着植物的蒸腾作用、抗逆性、光合产物运输与分配等生理功能。叶片的大小、形状和叶倾角是构成水稻理想叶型的关键因素，在品种改良和超高产育种中占有重要的地位(Ma et al.,2017)。水稻叶片形态特性由叶片大小、叶倾角、披垂度以及叶片卷曲度等多个形态因子决定，叶片形态发育调控网络复杂，受遗传和环境的共同调控。只有全面系统地了解影响叶片形态发育的内外因素，才能塑造较为理想的水稻株型，实现作物产量潜力的提高。育种实践证明，微卷直立的叶片形态，可以改善作物的群体结构和植株的受光姿态，增大受光面积、提高群体的光能利用率，从而提高光合效率，同时，有利于改善源-库关系，增加栽培密度，以及提高植株的抗病性等，最终可以显著增加水稻产量。

叶片的发育分为叶原基起始、极性建立、组织分化、叶片延展及随后的生长等阶段(Itoh et al.,2008)，其中极性建立是影响叶片形态建成的重要过程。典型的成熟单叶为扁平的结构，但是在三维体轴上存在一个极性建成：“基-顶”轴向(由基部叶柄指向叶尖)、“近-远”轴向(上表面(面向茎的一面)-下表面(背向茎的一面))和“中-侧”轴向(由中脉指向叶片两侧边缘)(Hasson et al.,2010)。叶片三维体轴上的极性建成受基因水平、蛋白水平和环境水平等不同层次的调控，遗传机制复杂。其中“近-远”轴向极性建立是控制叶片发育的关键因素。HD-ZIP III基因家族(Ariel et al.,2007)、YABBY基因家族(Toriba etal.,2007)和KANAD I基因家族(Izhaki and Bowman 2007)的多个转录因子以及miRNA165/166(Nagasaki et al.,2007)和ta-siRNA(Chitwood et al.,2009)均参与叶片极性建成的调控。

近年来，科学家借助拟南芥、金鱼草和玉米等植物在叶片发育方面的研究方法及技术，利用水稻突变体分离克隆到很多叶形调控基因，在水稻叶片形态发育及分子调控机理研究方面取得一些进展。截至目前，已有100多个与叶片形态相关的调控基因相继被克隆，并对相关基因的功能开展初步研究。目前已克隆的叶长调控基因超过15个，叶宽调控基因超过30个，叶片卷曲度调控基因超过20个，叶倾角调控基因超过60个。其中一些基因同时控制两个或两个以上的叶片形态。在这些已克隆的叶形调控基因中，其分子调控机制主要涉及激素水平、转录因子、以及microRNA等水平上的调控，遗传机制复杂。这些调控因子最终都会直接或间接的影响相应部位细胞的发育，从而产生不同的叶片形态。

随着各种组学的发展以及高通量测序技术不断更新，叶形发育调控机理研究不断深入和转基因技术的不断完善，基因定点改造和有利基因的定向聚合将成为可能，这为叶片空间姿态的遗传网络研究提供了可利用的平台。

发明内容