Silg2蛋白在调控谷子叶夹角中的应用

本发明属于生物，具体涉及silg2蛋白在调控谷子叶夹角中的应用。

背景技术：

1、禾本科作物(如水稻、小麦、玉米)的育种经验表明，通过株型改良可以大幅提高禾本科作物的种植密度，从而提高单位面积产量。小麦和水稻均提高了单位面积产量。据报道，美国玉米产量从1930s年代开始稳步提高，美国的玉米种植密度也从1930s的30,000株/公顷提高到8,8000株/公顷，其种植密度的增加主要依赖于紧凑株型的广泛应用。

2、谷子(setaria italica)起源于中国，脱壳后为小米，其抗旱、耐逆、适应性广、营养丰富、风味独特等特点使其成为我国最大的杂粮作物。谷子作为c4作物，具有巨大增产潜力，但生产上应用的谷子品种主要属于大叶、披叶类型品种。谷子育种中亟需株型改良，然而，目前谷子中已有的小叶夹角材料、突变体多带有早衰、籽粒变小、穗型变紧等多种负面效应。

3、silg2是sbp家族的转录因子，在禾本科植物中的功能保守。迄今为止，谷子中关于silg2基因功能的研究及其应用尚未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是创制叶夹角变小即株型紧凑的谷子新种质。

2、本发明首先保护一种培育转基因谷子的方法，通过突变出发谷子中silg2蛋白的编码基因(即silg2基因)来实现；

3、所述silg2蛋白为a1)或a2)或a3)：

4、a1)氨基酸序列是seq id no：2所示的蛋白质；

5、a2)在a1)或a2)的n端或/和c端连接标签得到的融合蛋白质；

6、a3)将seq id no：2所示的氨基酸序列中经过取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸残基得到的蛋白质；

7、与出发谷子相比，转基因谷子的叶夹角变小、株型紧凑、株高增加、粒宽增加、千粒重增加和/或叶长降低。

8、上述a2)中的蛋白质，标签具体如表1所示。

9、表1.标签的序列

10、

11、

12、上述a3)中的蛋白质，所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加为不超过10个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加。

13、上述a3)中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

14、上述a3)中的蛋白质的编码基因可通过将seq id no：1所示的dna序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。

15、上述方法中，所述突变可为将seq id no：1所示的silg2基因突变为silg2/+1bp；所述silg2/+1bp是将seq id no：1自5’末端起第259位和第260位之间插入1个a，保持seqid no：1的其他核苷酸序列不变得到的dna分子。

16、上述方法中，所述突变出发谷子中silg2蛋白的编码基因是通过将crispr/cas9系统导入谷子实现。所述crispr/cas9系统可包括表达靶向所述silg2蛋白的编码基因的grna的dna分子的重组表达载体。

17、上述方法中，所述grna的靶标序列可为seq id no：1自5’末端起第243-262位所示。

18、上述方法中，所述重组表达载体可为silg2敲除载体。所述silg2敲除载体可为将seq id no：3所示的dna双链分子插入pylcrispr/cas9pubi-h载体的限制性内切酶bsai-hf的识别位点，得到的重组质粒。

19、本发明还保护突变出发谷子中上述任一所述silg2蛋白的编码基因(即silg2基因)的物质在培育转基因谷子中的应用；与出发谷子相比，转基因谷子的叶夹角变小、株型紧凑、株高增加、粒宽增加、千粒重增加和/或叶长降低。

20、上述应用中，所述突变可为将seq id no：1所示的silg2基因突变为silg2/+1bp；所述silg2/+1bp是将seq id no：1自5’末端起第259位和第260位之间插入1个a，保持seqid no：1的其他核苷酸序列不变得到的dna分子。

21、上述应用中，所述突变出发谷子中silg2蛋白的编码基因的物质可为如下b1)或b2)：

22、b1)抑制或降低所述silg2蛋白的编码基因的表达的核酸分子；

23、b2)含有b1)所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组微生物或转基因植物细胞系。

24、上述应用中，b1)所述核酸分子可为表达靶向所述silg2蛋白的编码基因的grna的dna分子或为靶向所述silg2蛋白编码基因的grna。

25、上述应用中，所述grna的靶标序列可为seq id no：1自5’末端起第243-262位所示。

26、上述任一所述突变出发谷子中silg2蛋白的编码基因的物质也属于本发明的保护范围。

27、上述任一所述silg2基因可为如下(b1)或(b2)或(b3)或(b4)的dna分子：

28、(b1)编码区如seq id no:1所示的dna分子；

29、(b2)核苷酸序列如seq id no:1所示的dna分子；

30、(b3)在严格条件下与(b1)或(b2)限定的dna分子杂交且编码上述任一所述silg2蛋白的dna分子；

31、(b4)来源于谷子且与(b1)或(b2)限定的dna分子至少具有70％、至少具有75％、至少具有80％、至少具有85％、至少具有90％、至少具有95％、至少具有96％、至少具有97％、至少具有98％或至少具有99％同源性且编码上述任一所述silg2蛋白的dna分子。

32、所述严格条件是在2×ssc，0.1％sds的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次5min，又于0.5×ssc，0.1％sds的溶液中，在68℃下杂交并洗膜2次，每次15min。

33、其中，所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如mrna或hnrna等。

34、其中，seq id no:1由1617个核苷酸组成，seq id no:1所示的核苷酸编码seq idno:2所示的氨基酸序列。

35、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，对本发明的编码上述任一所述silg2蛋白的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的上述任一所述silg2蛋白的核苷酸序列75％或者更高同一性的核苷酸，只要编码上述任一所述silg2蛋白，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

36、这里使用的术语“同一性”指与天然核酸序列的序列相似性。“同一性”包括与本发明的编码氨基酸序列如seq id no:2所示的silg2蛋白的核苷酸序列具有75％或更高，或80％或更高，或85％或更高，或90％或更高，或95％或更高同一性的核苷酸序列。同一性可以用肉眼或计算机软件进行评价。使用计算机软件，两个或多个序列之间的同一性可以用百分比(％)表示，其可以用来评价相关序列之间的同一性。

37、上述任一所述出发谷子品种具体可为谷子品种ci846。

38、实验证明，将silg2敲除载体转至谷子品种ci846，能够对silg2基因进行基因编辑，silg2基因通过crispr/cas9核酸内切酶编辑之后，可造成silg2基因突变，当两条同源染色体的silg2基因均发生突变时(具体为将seq id no：1所示的silg2基因突变为silg2/+1bp；silg2/+1bp是将seq id no：1自5’末端起第259位和第260位之间插入1个a，保持seqid no：1的其他核苷酸序列不变得到的dna分子)，可以导致silg2蛋白活性丧失；silg2蛋白活性丧失形成谷子新种质。与谷子品种ci846相比，形成的谷子新种质的叶夹角变小、株型紧凑、株高增加、粒宽增加、千粒重增加和/或叶长降低。采用本发明的方法能够实现对谷子的silg2基因编辑，获得谷子新种质。由此可见，silg2蛋白可以调控谷子叶夹角、株型、株高、粒宽、千粒重和叶长等，本发明具有重要的应用价值。