本技术公开了水稻OsIAA19基因在改良水稻粒形和提高产量中的应用,涉及植物基因工程技术领域。所述应用是通过编辑、干扰或敲除所述水稻OsIAA19基因,降低或破坏水稻OsIAA19基因的生物学功能,得到改良水稻粒形和提高产量的水稻株系。并证实了在水稻中敲除OsIAA19基因可显著增加其粒长,进而提升水稻千粒重,不影响其他主要农艺性状,对稻米蒸煮食味品质也没有影响,所以具有良好的育种应用潜力,对水稻的高产育种具有重要意义。
背景技术
植物激素,也称为植物生长物质或植物调节剂,是植物体产生的微量有机物质,在植物生长发育和适应环境变化中起着关键的调节作用。植物激素家族主要包括:生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯、脱落酸、茉莉酸、油菜素内酯、水杨酸。生长素作为第一个被发现的植物激素,是植物生长和发育所必需的,例如维管组织形成、顶端优势、根的形成、向性反应、细胞分裂、分化以及花和果实的发育。因此,生长素极其重要并值得科学家关注。
阐明生长素的生物合成和信号转导机制对更好地理解植物生长发育、响应环境变化及应用于作物育种工作具有重要意义。生长素的合成涉及两种复杂途径,即依赖色氨酸和不依赖色氨酸的途径。与合成途径相比,生长素信号转导和运输机制研究也取得了很大的进展。TIR1/AFB介导的生长素转录调控,也称为经典生长素信号转导,是研究最广泛和表征最明显的生长素信号传导途径。该途径主要包括三个核心转导成分,即生长素受体TIR1/AFBs、转录抑制因子Aux/IAA和转录因子ARFs。简言之,在低浓度生长素环境下,阻遏蛋白Aux/IAA与活性转录因子ARF结合形成异源二聚体,抑制ARF的转录激活活性。反之,在高浓度生长素环境中,生长素与TIR1/AFB受体结合,通过泛素化降解Aux/IAA蛋白,从而释放ARF转录因子,使其激活生长素反应基因的转录。
Aux/IAA蛋白家族是一种植物特有的转录抑制因子,主要参与调控植物根和叶片的形成、向光性、向重性和芽的顶端优势等。水稻是单子叶模式植物,也是世界上最重要的粮食作物之一,世界上半数以上人口以稻米为主食。优质高产是水稻育种的最主要目标。鉴于生长素在调控植物生长发育中的关键作用,对水稻Aux/IAA家族基因开展功能研究至关重要。
粒形作为影响水稻产量和品质的关键农艺性状,受到水稻遗传学家和育种者的广泛关注。迄今为止,水稻中已克隆的粒形基因较多,涉及多种调控机制,包括G蛋白途径、泛素-蛋白酶体途径、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路和植物激素途径等。在植物激素家族中,BR被认为是水稻粒形的重要正调节因子,许多BR生物合成或信号传导成分参与控制粒形。而有关生长素参与水稻粒形调控的研究仍很少。
实现思路