本项发明涉及分子生物学领域,揭示了一种名为OsMATE12的基因及其编码蛋白在调控水稻粒型中的关键作用。通过利用CRISPR/Cas9技术,成功构建了OsMATE12基因,为水稻粒型改良提供了新的分子工具。
背景技术
水稻是我国最重要的粮食作物,其产量的稳定和提升直接影响国家粮食安全。水稻产量构成三要素是每穗粒数、千粒重和有效穗数,其中千粒重主要受粒长、粒宽和粒厚的影响。随着基因组测序和分子生物学技术的不断发展,大量的粒型调控基因被报道。粒型的调控途径主要包括G蛋白信号传导、泛素蛋白酶体降解、丝裂原活化蛋白激酶、植物激素信号传导和转录调控途径。
G蛋白偶联受体是一类蛋白受体的总称,包含7个跨膜α-螺旋结构域以及一个胞外N端和一个胞内C端尾巴,G蛋白分别由Gα,Gβ和Gγ亚基组成。GS3编码一种非典型Gγ蛋白,对水稻粒大小和重量有负面调节作用(Fan et al,2006)。泛素蛋白酶体降解途径主要包括泛素、泛素活化酶E1,泛素结合酶E2和泛素连接酶E3以及26S蛋白酶体复合物。GW2编码RING型E3泛素连接酶,它可以通过将其底物传导到蛋白酶体以调节蛋白水解来负调控细胞分裂从而增加颖花外壳细胞的数量,促进粒宽和粒重增加(Song et al,2007)。丝裂原活化蛋白激酶是一个具有11个保守结构域的丝/苏氨酸蛋白激酶家族成员,在细胞内外传递信号。SMG1编码丝裂原活化蛋白激酶OsMAKK4,smg1突变体的表型缺陷促进细胞增殖而呈现直立穗和株高较矮的形态,籽粒变小(Duan et al,2014)。植物激素是一种微量有机分子,在植物的生长、发育、衰老、休眠和抗逆性方面发挥重要作用,水稻中常见的调控粒型的植物激素是细胞分裂素、生长素和油菜素内酯。转录因子在植物生长发育的进程中发挥着关键作用,OsSPL16/GW8是一个包含SBP结构域的转录因子,调控水稻粒宽,能够直接与GW7启动子结合并抑制它的表达(Wang et al,2015)。转录因子OsSPL13,正调控颖壳细胞大小,导致稻谷长度和重量增加,其高水平表达与热带粳稻谷粒大相关,进一步分析表明热带粳稻的OsSPL13大粒等位基因是通过人工选择从籼稻品种中基因渗入而来(Si et al,2016)。
综上所述,目前虽已克隆了许多粒型的调控基因或QTLs,确定了一些调控水稻粒型的关键信号途径,但是粒型的调控网络还远不清楚,因此,需要不断挖掘新的粒型调控基因,阐明其调控的分子机制,明确各基因的上下游关系,从而将不同的调控途径逐步的建立联系,不断完善粒型调控网路,从而为水稻高产优质分子设计育种提供更加详尽的理论参考。
实现思路