水稻基因OsCWIN5及其应用

本发明涉及基因工程，尤其涉及水稻基因oscwin5及其应用。

背景技术：

1、水稻是中国三大粮食作物之一。根据智研咨询发布的《2023～2029年中国稻谷和大米行业市场调查研究及发展前景规划报告》公开的数据显示，中国水稻的年需求量稳定在20000万吨以上。水稻产量构成因素包括有效穗、穗粒数和粒重。有效穗即单位面积的有效穗数，穗粒数由一次枝梗数、二次枝梗数和一、二次枝梗上的有效小穗数共同决定，而粒重由水稻籽粒的粒长、粒宽、粒厚以及籽粒灌浆程度共同决定。这三个要素之间相辅相成，共同决定水稻的产量。

2、同时，水稻穗型(包含穗粒数、穗长)与水稻营养消耗、病虫害等都具有重要的关系。水稻的不同穗型结构会影响谷粒生长和发育过程中对养分的消耗。一般来说，大穗型的品种可能需要更多的养分来支持其生长和发育，因此可能会从谷粒中吸收更多的营养物质。小穗型的品种可能需要的养分较少，因此其谷粒中的营养含量可能会更高。水稻的穗型结构还会影响其易受病虫害的程度。一些病虫害可能会选择在特定的穗型上繁殖，例如：稻飞虱更喜欢在穗型紧凑棒状的穗部和柔软的稻秆上产卵，因此，那些穗型紧凑且具有柔软稻秆的品种可能会更容易受到稻飞虱的侵害。不同穗型的品种可能会对某些病虫害产生不同的抵抗力，例如：湾镰类型小穗型的品种具有更强的抗病性，主要原因为其松散的结构减少了病虫害的生存藏匿空间。

3、根据过往研究可知，水稻穗型是受多基因控制的数量性状，且控制穗型各性状的基因之间存在互补和累加效应。目前，水稻穗型部分已克隆基因包含osckx2、lax1、pla2等。如何协调水稻的株型、穗型与水稻产量品质之间的关系，是水稻育种工作者研究的重点目标。收集、创制和鉴定水稻穗型相关突变体并克隆分析相关基因，将其用于实际水稻穗型改良，是培育新品种“扩库”，保障粮食安全，提升稻米品质的有效途径。

4、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、鉴定水稻中调控穗型的基因可为解析穗型形成的分子机制、丰富穗型改变的调控网络、分子育种技术开展高效、精准的水稻新品种培育提供理论支撑。有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够调节水稻穗型的基因或蛋白质以运用于水稻分子育种中。

2、基于上述目的，本技术提供一种蛋白质oscwin5在调控水稻穗型中的应用。本技术还提供一种蛋白质oscwin5在调控水稻株高中的应用。基因oscwin5编码的蛋白质的氨基酸序列如seq id no:1所示。

3、本技术的再一目的在于提供基因oscwin5的应用，其中，应用为如下a1)或a2)：a1)调控水稻穗型；a2)调控水稻株高。

4、优选地，基因oscwin5编码上述应用中的蛋白质oscwin5。

5、根据一种优选实施方式，基因oscwin5的核苷酸序列为seq id no:2或seq id no:3所示的核苷酸序列。

6、本技术的再一目的在于提供一种使水稻增产的方法。方法包含：利用基因工程手段，弱化或敲除水稻中的基因oscwin5。

7、根据一种优选实施方式，使水稻增产的方法包含以下步骤：

8、以基因oscwin5为靶基因，设计基于crispr/cas9的sgrna序列；

9、将含有编码sgrna序列的dna片段连接到携带crispr/cas9的载体上；

10、将所述载体转入水稻，以获得基因oscwin5功能缺失的水稻。

11、根据一种优选实施方式，sgrna作用位点的核苷酸序列为5’-ccgggatggcctgtggaggatgg-3’。

12、根据一种优选实施方式，本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化和点突变的方法，对本技术的编码蛋白质oscwin5的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰且具有与本技术的蛋白质oscwin5的核苷酸序列70％或者更高同一性的核苷酸，只要编码蛋白质oscwin5，且编码的蛋白质oscwin5具备调控植株株高或穗型的功能，均是衍生于本技术的核苷酸序列并且等同于本技术的序列。

13、根据一种优选实施方式，本技术的用于调控水稻株高或穗型的蛋白质还包含于seq id no:1序列的n端或/和c端连接标签所获得的序列表达得到的融合蛋白质。

14、本技术的再一目的在于提供一种调控基因oscwin5表达量的方法。方法包含向水稻组织施加赤霉素或生长素。

15、根据一种优选实施方式，水稻组织为叶片。

16、本技术的再一目的在于提供基于调控基因oscwin5表达量的方法获得的水稻在水稻育种中的应用。

17、根据一种优选实施方式，上述“调控基因oscwin5表达量的方法”可通过转基因、多拷贝、改变启动子、调控因子等本领域熟知的方法，达到提高/降低受体植物中上述蛋白质oscwin5的表达量和/或活性的效果。

18、根据一种优选实施方式，育种的方法包含转基因、回交、杂交、无性繁殖或自交。

19、根据一种优选实施方式，水稻穗型包含穗长、一次枝梗数、二次枝梗数和/或每穗粒数。

20、本技术的再一目的在于提供含有seq id no:2或seq id no:3序列的核酸分子。核酸分子用于调控水稻的穗型和/或株高。优选地，核酸分子可为以下dna分子：

21、b1)编码区为seq id no:2所示的dna分子；

22、b2)核苷酸序列为seq id no:2所示的dna分子；

23、b3)核苷酸序列为seq id no:3所示的dna分子

24、b4)与b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同源性，来源于水稻且编码蛋白质oscwin5的dna分子；

25、b5)与b1)或b2)或b3)限定的核苷酸序列杂交，来源于水稻且编码蛋白质osgata6的dna分子。

26、根据一种优选实施方式，核酸分子能够为dna，例如cdna、基因组dna或重组dna；核酸分子能够为rna，例如mrna或hnrna等。

27、本技术的再一目的在于提供含有上述核酸分子的重组载体。

28、根据一种优选实施方式，含有上述核酸分子的重组载体可为在表达载体的多克隆位点插入seq id no:2或seq id no:3得到的重组质粒。优选地，表达载体能够为pbwa(v)hs、pcambia2300-35s载体。

29、本技术的再一目的在于提供含有上述核酸分子的植物细胞。优选地，植物细胞包含农杆菌、大肠杆菌或其他能够将其体内的重组载体整合到受体细胞(受体植株的细胞)染色体的dna上的细胞。

30、本技术的有益效果：

31、根据相关实验可知，在水稻中过表达基因oscwin5，得到的过表达株系株高显著低于野生型，同时，其穗粒数、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数和/或每穗粒数均显著降低。

32、进一步地，在水稻中敲除基因oscwin5，得到的敲除株系株高显著高于野生型，同时，其穗粒数、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数和/或每穗粒数均显著增加。基于此，可知本技术所涉及的基因oscwin5能够显著影响水稻的株高和穗型。

33、根据本技术对基因oscwin5调控机制的研究，申请人在应用层面发现激素能够在早期对基因oscwin5在叶片中的表达产生影响，对于早期通过分子标记筛选出的基因oscwin5存在缺陷的水稻植株，通过外源激素的施加能够提高其正常生长的概率，降低减产的风险。

34、同时，研究还筛选到了与基因oscwin5相互作用的蛋白，这也表明调控基因oscwin5的表达包含控制其互作蛋白gf14d和gf14f。

35、本技术筛选到了一种调控水稻株高和穗型的基因oscwin5，为水稻品种改良育种提供了优质基因资源，极大地推进了水稻育种进程；通过构建敲除载体转化获得的水稻穗型改良株系能够满足市场对水稻产量的需求，同时，对于部分观赏性水稻，过表达载体转化获得的水稻株系具有品相优美的特质；通过操控基因oscwin5的表达水平来调整发育进程，也能够改良水稻的株型以及发育时间。

36、本技术通过在突变体库中筛查到一种调控水稻穗型和株高的突变体株，并通过相关研究获取了影响水稻穗型和株高的遗传资源。该遗传资源能够使育种工作者在出现异常穗型/株高变化的水稻时通过分子标记或其他手段鉴定基因oscwin5是否存在表达异常来判断穗型变化或株高变化行为是否是由基因oscwin5引起的。育种工作者可以通过外源注射质粒环或其他分子手段增强基因oscwin5的表达，或通过杂交育种的手段来避免水稻后代出现同样的穗型变化或株高变化的问题。本技术的再一目的在于提供与蛋白gf14d或蛋白gf14f互作的水稻蛋白oscwin5在调控水稻穗型或调控水稻株高中的应用。水稻蛋白oscwin5的氨基酸序列如seq id no:1所示。蛋白gf14d的氨基酸序列如seq id no:5所示。蛋白gf14f的氨基酸序列如seq id no:6所示。

37、根据实施例3所涉及的实验结果可知，蛋白gf14f与蛋白oscwin5互作。蛋白oscwin5和蛋白gf14d互作。上述结果可知蛋白gf14d/蛋白gf14f能够通过与蛋白oscwin5结合调节蛋白oscwin5的活性，从而调控oscwin5功能发挥。