[发明专利]水稻籽粒大小和灌浆的调控基因GFD2及其应用

说明书

本发明属于水稻育种技术领域，具体涉及一种水稻籽粒大小和灌浆的调控基因GFD2及其应用。本发明首次公开了一种水稻籽粒大小和灌浆的调控基因GFD2，其编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示，其编码区域的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。该调控基因GFD2除通过影响周期蛋白表达来调控籽粒宽度外，还具备通过影响蔗糖合酶活性来调控灌浆速率的功能，在水稻分子育种中有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于水稻育种技术领域，具体涉及一种水稻籽粒大小和灌浆的调控基因GFD2及其应用。

背景技术

水稻是世界上最重要的主食作物之一，是世界一半以上人口的主要碳水化合物和营养来源。提高水稻产量是防止全球粮食危机的关键，而千粒重是水稻产量的关键因素之一(Ren et al.2020)。水稻籽粒由胚和胚乳组成，水稻的粒重由籽粒库的大小(即胚乳细胞的数量和大小)和胚乳细胞的生理生化活性(蔗糖代谢和淀粉生物合成)共同决定(Lianget al.2001)。而淀粉合成是一个涉及二磷酸腺苷葡萄糖焦磷酸酶(AGPase)、淀粉合成酶(SS)、淀粉分支酶(SBE)以及淀粉去支酶(DBE)等一系列生物合成酶的复杂过程(Toyosawaet al.2016)。

一般来说，籽粒越大的水稻产量越高，但米质变差，特别是稻米的外观品质，比如垩白率增加(Harberd 2015；Sakamoto and Matsuoka 2008)。因此，高产和理想的籽粒形状是水稻育种计划的一个重要目标。晶莹透明没有垩白且细长的粒型，在世界范围内都具有高度的商业价值。如何同时调控粒型和品质是关键因素(Chen et al.2015)。

目前的研究中已经克隆和鉴定了一部分控制籽粒形态的基因和主要数量性状位点(qtl)，有相当一部分调控籽粒大小和产量的同时，会对籽粒外观产生反作用。这些克隆的基因为研究籽粒大小和粒型调节提供了相当大的参考。FUWA编码一个包含NHL结构域的表达蛋白，通过限制细胞周期蛋白进程调控籽粒发育(Chen et al.2015)。GW2可以泛素化WG1，并调控WG1的蛋白稳定性。WG1编码一个CC类型谷氧还蛋白OsGRX8，通过促进细胞分裂调控粒宽(Hao et al.2021)。qSW5/GW5编码一个参与泛素-蛋白酶体途径的多聚泛素结合蛋白，功能缺失后激活颖花外壳细胞的分裂，从而增加颖花外壳的宽度，最终谷壳的宽度、粒重以及产量都得到了增加(Shomura et al.2008；Weng et al.2008)。SPLs是植物特有的一个转录因子家族，参与多种发育过程和生理活动的调控。研究发现低活性的粳稻OsSPL12能促进粒宽而高活性的籼稻OsSPL12则抑制粒宽。粒宽基因GW5受籼稻OsSPL12的特异调控。OsSPL12与GW5共进化并协同决定水稻粒型(Zhang et al.2021b)。BG1是生长素的原初响应基因，参与调节生长素的转运，是生长素响应和转运的正调控因子，调控细胞分裂和细胞伸长，是植物特异的控制器官大小的调节因子(Liu et al.2015)。qGL3编码蛋白磷酸酶OsPPKL1，该酶可能参与水稻中油菜素内酯(BR)信号转导进而调控籽粒(Gao et al.2019；Li and Li 2016；Zhang et al.2012)。