[发明专利]一种水稻多花基因MOF1及其编码的蛋白质的应用

说明书

本发明公开了一种水稻多花基因MOF1及其编码的蛋白质的应用。本发明利用小穗多花突变体，通过图位克隆技术首先克隆到了MOF1基因(Seq ID No：1)，该基因编码一个MYB结构域蛋白(Seq ID No：2)，影响了小穗的确定性调控。通过MOF1基因的克隆和深入的功能解读，进一步阐明了水稻小穗确定性调控的遗传机制及其作用机理，首次提出了通过分子设计小穗内小花数目的方法来增加穗粒数的育种新观点，对水稻的产量的进一步改良具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，特别是涉及一种水稻多花基因MOF1及其编码的蛋白质的应用。

背景技术

水稻(Oryza sativaL.)是世界上重要的粮食作物，也是单子叶植物的模式植物。与双子叶模式植物相比，水稻花序具有禾本科独有的结构单元--小穗，深入研究水稻生殖发育过程，不仅有助于理解水稻小穗的形成机制及禾本科植物的分子进化，而且对提高水稻产量和品质都具有非常重要的意义。

在禾本科植物中，小穗由许多苞片状器官和不定数量的小花组成。小穗或者小花是禾本科作物如水稻、玉米、小麦等的一个重要产量构成因素，小穗发育调控机制的研究有助于我们实现对水稻等禾本科重要粮食作物小穗相关性状的分子设计育种。小穗的发育包括两个方面：小穗的特征发育和确定性发育。根据物种是否具有固定的小花数目，小穗可以分为确定性和不确定性两种。水稻小穗是确定性的小穗，由一对副护颖、一对护颖和一个可育的顶生小花组成。迄今为止，多个水稻小穗确定性基因已经被报道。SUPERNUMERARYBRACT(SNB)基因的功能缺失突变体中，小穗产生多个额外的副护颖、护颖或颖壳状器官，部分小穗中会形成额外的小花，暗示SNB调控小穗的确定性发育。水稻MULTI-FLORETSPIKELET1(MFS1)基因突变产生了退化的护颖，额外的外稃和内稃，表明MFS1同时参与了水稻小穗特征和确定性的调控(Ren et al.,2013)。SNB和MFS1基因都属于AP2/ERF结构域基因，系统进化和功能分析表明该类禾本科基因构成一个特异的大分支，可能在小穗确定性调控中有着相似的功能。另外，还有很多其他的非AP2/ERF结构域基因也影响水稻小穗特征和确定性的调控。TONGARI-BOUSHI 1(TOB1)编码一个YABBY结构域蛋白，其突变导致了tob1小穗在护颖和顶生小花之间形成了额外的外稃或者内稃状器官。水稻MADS-box基因OsMADS22的超表达植株中也发现一个小穗内存在多个小花的现象。FON4编码一个假定蛋白，其突变导致小穗内形成2个小花或者1个次级小花(即额外的外稃)。尽管如此，OsMADS22与TOB1和FON4基因的功能缺失引起多花小穗的现象正好相反,暗示水稻OsMADS22可能维持了小穗分生组织不确定性。因此，根据以上的结果，在小穗确定性物种中，维持确定性发育基因的功能缺失导致小穗内小花数目的增加，提供了一种新的可能增加穗粒数的育种途径。遗憾的是，水稻mfs1、snb、tob1和fon4突变体小穗除了多花性状外还同时表现许多别的花器官缺陷，无法直接在生产中利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能影响水稻小穗确定性的基因及其蛋白质，利用该基因和蛋白质可以研究水稻小穗确定性调控机理，找到调控水稻穗粒数的方法，为培育高产新品种提供新思路和方法。

为解决上述技术问题，本发明主要是利用图位克隆技术来获得所述基因及蛋白质。

一、突变体mof1的分离和遗传分析：

本发明的水稻多花突变体mof1来自籼稻品种蜀恢527(Indica)的EMS诱变突变体库(图1)。通过与野生型的正反交实验，证明该突变体受隐性单基因控制。

二、突变体mof1与野生型小穗的比较

突变体mof1早期单个小穗发育出2对内外稃和4个浆片，暗示趋向形成2朵小花；或者单个小花发育出退化的内稃(图2)。在抽穗期，突变体mof1单个小穗内的2对内外稃在结构上分别类似于野生型的内外稃，仅仅内稃主体部分变小(图1)。

三、MOF1基因的图位克隆：