一种水稻穗型和/或株高相关蛋白及其编码基因和应用

本发明涉及生物中一种水稻穗型和/或株高相关蛋白及其编码基因和应用。

背景技术：

1、水稻作为重要的粮食作物之一养活了世界上三分之一的人口，随着全球环境恶化，耕地面积的减少，人口数量的增加，在确保粮食安全方面面临着巨大的挑战；水稻产量主要受单位面积有效穗数、每穗粒数和千粒重影响，枝梗长度和数量的差异导致了穗部形态的差异，从而影响每穗粒数和产量，因此挖掘和利用调控水稻每穗粒数的基因具有重要意义。

2、转录因子作为反式作用因子，能与真核基因的顺式作用元件特异性结合，通过对基因的转录起激活或抑制作用参与水稻生长发育过程中的多种生理生化过程。转录因子的活性还受到其他蛋白间互作的影响，不同蛋白形成的复合体可能影响转录因子的dna结合能力、结合方式以及在细胞中的位置从而实现在特定情况下对下游基因精准而又复杂的调控。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何调控水稻的穗型和/或株高。

2、本发明提供了一种蛋白质，名称为osgna，是如下a1)、a2)或a3)的蛋白质：

3、a1)氨基酸序列是序列表中seq id no.2的蛋白质；

4、a2)将a1)的蛋白质经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与a1)所示的蛋白质具有90％以上的同一性且具有调控水稻穗型和/或株高活性的蛋白质；

5、a3)在a1)或a2)的n末端或/和c末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质。

6、其中，序列表中seq id no.2由578个氨基酸残基组成。

7、上述蛋白质可来源于水稻，更具体可为粳稻。

8、上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

9、上述蛋白质中，所述蛋白质标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术，与目的蛋白质一起融合表达的一种多肽或者蛋白质，以便于目的蛋白质的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白质标签可为flag标签、his标签、mbp标签、ha标签、myc标签、gst标签和/或sumo标签等。

10、上述蛋白质中，同一性是指氨基酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

11、上述蛋白质中，所述90％以上的同一性可为至少91％、92％、95％、96％、98％、99％或100％的同一性。

12、与蛋白质osgna相关的生物材料也属于本发明的保护范围。

13、本发明所提供的与蛋白质osgna相关的生物材料，为下述b1)至b5)中的任一种：

14、b1)编码所述蛋白质的核酸分子；

15、b2)含有b1)所述核酸分子的表达盒；

16、b3)含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b1)所述表达盒的重组载体；

17、b4)含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物；

18、b5)含有b1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有b2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有b3)所述重组载体的转基因植物细胞系。

19、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。

20、上述生物材料中，b1)所述核酸分子为如下b1)或b2)所示的基因：

21、b1)编码序列是序列表中seq id no.1的cdna分子或dna分子；

22、b2)核苷酸是序列表中seq id no.3的cdna分子或dna分子。

23、其中，序列表中的seq id no.1由1737个核苷酸组成，编码序列表中的seq idno.2所示的蛋白质。

24、上述生物材料中，b2)所述的含有所述核酸分子的表达盒(osgna基因表达盒)，是指能够在宿主细胞中表达osgna的核酸分子，该核酸分子不但可包括启动osgna基因转录的启动子，还可包括终止osgna转录的终止子。进一步，所述表达盒还可包括增强子序列。可用于本发明的启动子包括但不限于：组成型启动子，组织、器官和发育特异的启动子，和诱导型启动子。启动子的例子包括但不限于：水稻肌动蛋白act1启动子actin；花椰菜花叶病毒的组成型启动子35s；来自西红柿的创伤诱导型启动子；亮氨酸氨基肽酶("lap",chao等人(1999)plantphysiology 120:979-992)；来自烟草的化学诱导型启动子；发病机理相关1(pr1)(由水杨酸和bth(苯并噻二唑-7-硫代羟酸s-甲酯)诱导)；西红柿蛋白质酶抑制剂ii启动子(pin2)或lap启动子(均可用茉莉酮酸曱酯诱导)；热休克启动子(美国专利5，187，267)；四环素诱导型启动子(美国专利5，057,422)；种子特异性启动子，如谷子种子特异性启动子pf128(cn101063139b(中国专利200710099169.7))，种子贮存蛋白质特异的启动子(例如，菜豆球蛋白质、napin,oleosin和大豆beta conglycin的启动子(beachy等人(1985)embo j.4:3047-3053))。它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用。此处引用的所有参考文献均全文引用。合适的转录终止子包括但不限于：农杆菌胭脂碱合成酶终止子(nos终止子)、花椰菜花叶病毒camv 35s终止子、tml终止子、豌豆rbcs e9终止子和胭脂氨酸和章鱼氨酸合酶终止子(参见，例如：odell等人(i985)nature 313:810；rosenberg等人(1987)gene,56:125；guerineau等人(1991)mol.gen.genet,262:141；proudfoot(1991)cell,64:671；sanfacon等人genes dev.,5:141；mogen等人(1990)plant cell,2:1261；munroe等人(1990)gene,91:151；ballad等人(1989)nucleic acids res.17:7891；joshi等人(1987)nucleic acid res.,15:9627)。

25、可用现有的植物表达载体构建含有所述蛋白质osgna编码基因或所述蛋白质osgna编码基因表达盒的重组载体。所述植物表达载体可为gateway系统载体或双元农杆菌载体等，如pcambia2300、pgwb411、pgwb412、pgwb405、pbin438、pcambia1305、pcambia1302、pcambia2301、pcambia1301、pgwb18、pbi121、pcambia1391-xa或pcambia1391-xb。使用osgna构建重组载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型、组成型、组织特异型或诱导型启动子，如花椰菜花叶病毒(camv)35s启动子、泛生素基因ubiqutin启动子(pubi)等，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。

26、为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(gus基因、萤光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除莠剂基因)等。

27、上述生物材料中，所述重组微生物具体可为酵母，细菌，藻和真菌；如所述细菌可以为农杆菌lba4404菌株。

28、本发明还提供增加所述蛋白质osgna含量的物质a或促进或提高所述蛋白质osgna的编码基因表达的物质a的应用，所述应用为下述任一种：

29、p1、在增大水稻穗型中的应用或在制备增大水稻穗型产品中的应用；

30、p2、在增加水稻穗长中的应用或在制备增长水稻穗长产品中的应用；

31、p3、在增加水稻穗分枝数中的应用或在制备增加水稻穗分枝数产品中的应用；

32、p4、在增加水稻穗粒数中的应用或在制备增加水稻穗粒数产品中的应用。

33、上述应用中，所述物质a为所述蛋白质osgna或所述与蛋白质osgna相关的生物材料。

34、本发明还提供降低所述蛋白质osgna含量的物质b或抑制或降低所述蛋白质osgna的编码基因表达的物质b，所述应用为下述任一种：

35、q1、在培育矮杆水稻中的应用或在制备培育矮杆水稻产品中的应用；

36、q2、在培育抗倒伏水稻中的应用或在制备培育抗倒伏水稻产品中的应用；

37、q3、在减少水稻分蘖中的应用或在制备减少水稻分蘖产品中的应用；

38、q4、在缩小水稻穗型中的应用或在制备缩小水稻穗型产品中的应用；

39、q5、在缩短水稻穗长中的应用或在制备缩短水稻穗长产品中的应用；

40、q6、在减少水稻穗分枝数中的应用或在制备减少水稻穗分枝数产品中的应用；

41、q7、在减少水稻穗粒数中的应用或在制备减少水稻穗粒数产品中的应用。

42、上述应用中，所述物质b可为对所述蛋白质osgna的编码基因进行敲除实现或基因沉默的物质。

43、所述基因敲除(geneknockout)是指通过同源重组使特定靶基因失活的现象。基因敲除是通过dna序列的改变使特定靶基因失活。

44、所述基因沉默是指在不损伤原有dna的情况下使基因不表达或低表达的现象。基因沉默以不改变dna序列为前提，使基因不表达或低表达。基因沉默可发生在两种水平上，一种是由于dna甲基化、异染色质化以及位置效应等引起的转录水平的基因沉默，另一种是转录后基因沉默，即在基因转录后的水平上通过对靶标rna进行特异性抑制而使基因失活,包括反义rna、共抑制(co-suppression)、基因压抑(quelling)、rna干扰(rnai)和微小rna(mirna)介导的翻译抑制等。

45、上述应用中，所述物质b可为对所述蛋白质osgna的编码基因进行rna干扰的试剂，所述试剂含有下述f1)、f2)或f3)：

46、f1)针对所述osgna的编码基因的rna干扰片段；

47、f2)产生针对所述osgna的编码基因的rna干扰片段的dna分子；

48、f3)产生针对所述osgna的编码基因的rna干扰载体。

49、上述应用中，所述针对所述osgna的编码基因的rna干扰片段为seq id no.4和seqid no.5，针对seq id no.2的第512-748位进行rna干扰。

50、为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种培育大穗型水稻的方法，包括将编码所述蛋白质osgna的核酸分子导入受体水稻中，得到大穗型水稻；所述大穗型水稻的穗型比受体水稻的穗型大。

51、上述方法中，其中所述的核酸分子可先进行如下修饰，再导入受体水稻中，以达到更好的表达效果：

52、1)修饰邻近起始甲硫氨酸的基因序列，以使翻译有效起始；例如，利用在植物中已知的有效的序列进行修饰；

53、2)与各种植物表达的启动子连接，以利于其在植物中的表达；所述启动子可包括组成型、诱导型、时序调节、发育调节、化学调节、组织优选和组织特异性启动子；启动子的选择将随着表达时间和空间需要而变化，而且也取决于靶物种；例如组织或器官的特异性表达启动子，根据需要受体在发育的什么时期而定；尽管证明了来源于双子叶植物的许多启动子在单子叶植物中是可起作用的，反之亦然，但是理想地，选择双子叶植物启动子用于双子叶植物中的表达，单子叶植物的启动子用于单子叶植物中的表达；

54、3)与适合的转录终止子连接，也可以提高本发明基因的表达效率；例如来源于camv的tml，来源于rbcs的e9；任何已知在植物中起作用的可得到的终止子都可以与本发明基因进行连接；

55、4)引入增强子序列，如内含子序列(例如来源于adhl和bronzel)和病毒前导序列(例如来源于tmv,mcmv和amv)。

56、所述的核酸分子可通过使用ti质粒，植物病毒栽体，直接dna转化，微注射，电穿孔等常规生物技术方法导入植物细胞(weissbach,1998，method forplantmolecularbiology viii,academy press,new york,pp.411-463；geiserson and corey,1998,plant molecular biology(2nd edition)。

57、上述方法中，所述大穗型水稻可为转基因植物，也可为通过杂交等常规育种技术获得的植物。

58、上述方法中，所述转基因植物理解为不仅包含第一代到第二代转基因植物，也包括其子代。对于转基因植物，可以在该物种中繁殖该基因，也可用常规育种技术将该基因转移进入相同物种的其它品种，特别包括商业品种中。所述转基因植物包括种子、愈伤组织、完整植株和细胞。

59、本发明还提供了一种降低水稻株高的方法，包括抑制受体水稻中所述蛋白质osgna的编码基因的表达，得到株高矮于所述受体水稻的水稻的步骤；所述受体水稻为含有所述编码基因的水稻。

60、本发明还提供了一种提高水稻抗倒性的方法，包括抑制受体水稻中所述蛋白质osgna的编码基因的表达，得到水稻抗倒性高于所述受体水稻的水稻的步骤；所述受体水稻为含有所述编码基因的水稻。

61、上述方法中，所述抑制受体水稻中所述蛋白质osgna的编码基因的表达是通过对所述受体水稻中所述蛋白质osgna的编码基因进行基因干扰实现的。

62、转osgna基因实验证明，过表达osgna蛋白的转基因水稻与受体水稻相比，穗型增大，穗粒数增多；干扰osgna基因的水稻与受体水稻相比，穗型缩小，穗粒数减少，株高变矮。说明osgna蛋白是与穗型和株高相关的基因。本发明的方法操作简单，成本低，大大加快了育种进程，具有广泛的应用前景。