GmSW15基因及其编码蛋白在调控大豆籽粒大小和籽粒重量中的应用

本发明属于植物基因工程和分子育种，具体涉及大豆

gmsw15基因及其编码蛋白、相关生物材料在调控大豆籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、百粒重和单株粒重及育种中的应用。

背景技术：

1、大豆是世界范围内重要的粮油兼用作物，是植物蛋白和食用油的重要来源。大豆产量由单位面积株数、单株荚数、每荚粒数和籽粒重量等多个性状共同决定，其中籽粒重量是重要的产量构成因素，也是影响商品品质和加工利用价值的重要性状。大豆籽粒大小通常由籽粒长度、籽粒宽度和籽粒厚度共同决定，属于受多基因和环境因素调控的数量性状。

2、现有育种工作多依赖表型选择和杂交聚合，育种周期较长，且难以定向调控特定籽粒性状。随着植物基因组学和基因编辑技术的发展，挖掘控制籽粒大小和籽粒重量的关键基因，并通过转基因、基因编辑或分子标记等手段进行定向改良，已成为提高大豆育种效率的重要途径。

3、生长调节因子（growth-regulating factor，grf）是一类植物特异性转录因子，广泛参与植物器官生长和发育。然而，在大豆中，能够同时影响籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、百粒重和单株粒重，并经过敲除和过表达双向遗传验证的grf家族基因仍较少。因此，鉴定新的大豆籽粒性状调控基因，并开发相应的遗传改良方法，具有重要的理论和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供

gmsw15基因或其编码蛋白在调控大豆籽粒性状中的应用。

2、本发明的第二个目的在于提供

gmsw15基因的相关生物材料的应用。

3、本发明的第三个目的在于提供一种提高大豆籽粒大小和/或籽粒重量的方法。

4、本发明的第四个目的在于提供一种创制

gmsw15功能降低或功能缺失的大豆材料的方法。

5、本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

6、本发明利用大豆材料hn37和wy构建f2遗传群体，对籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、百粒重和单株粒重进行qtl定位，上述性状共同定位于大豆第15号染色体的同一主效区域。进一步利用重组单株将目标位点精细定位至280.94 kb区间，并结合候选区间基因在不同组织和发育种子中的表达特征，确定

glyma.15g176500为候选基因，将其命名为

gmsw15，其核苷酸列如序列表seq id no.1所示，其编码氨基酸序列如seq id no.2所示。进一步通过crispr/cas9技术在华春6号中获得的

gmsw15基因编辑株系，籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、百粒重和单株粒重降低，而过表达该基因使上述性状提高。表明

gmsw15是大豆籽粒大小和重量的正调控基因，其编码蛋白、核酸、表达盒、重组载体、转基因或基因编辑材料及其育种中间材料可用于大豆籽粒性状改良和分子育种。

7、因此，本发明提供

gmsw15基因或其编码蛋白在如下任一项中的应用：（1）调控大豆籽粒性状中的应用；（2）制备调控大豆籽粒性状的产品中的应用，其特征在于，所述

gmsw15基因为编码如下a1）至a3）任一所述蛋白质的基因：

8、a1）氨基酸序列如seq id no.2所示的蛋白质；

9、a2）将seq id no.2所示氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失和/或添加后获得的、与seq id no.2所示序列同源性≥90%且具有调控大豆籽粒性状同等功能的蛋白质；

10、a3）在a1）或a2）所述蛋白质的n端和/或c端连接蛋白标签获得的融合蛋白质。

11、

gmsw15基因的相关生物材料在如下任一项中的应用：（1）调控大豆籽粒性状中的应用；（2）制备调控大豆籽粒性状的产品中的应用，其特征在于，所述生物材料为下述b1）至b7）中的任一种：

12、b1）含有

gmsw15基因编码序列的核酸分子；

13、b2）含有b1）所述核酸分子的表达盒；

14、b3）含有b1）所述核酸分子或b2）所述表达盒的重组载体；

15、b4）含有b3）所述重组载体的重组微生物；

16、b5）含有b1）所述核酸分子、b2）所述表达盒或b3）所述重组载体的植物细胞、植物组织或植物器官；

17、b6）用于降低

gmsw15表达量或破坏

gmsw15编码蛋白功能的基因编辑元件；

18、b7）含有b6）所述基因编辑元件的表达盒、重组载体、重组微生物、植物细胞、植物组织或植物器官。

19、优选地，b1）所述

gmsw15基因编码序列为如seq id no.1所示的核苷酸序列，或是与seq id no.1所示序列同源性≥90%且编码具有调控大豆籽粒性状同等功能蛋白的核苷酸序列。

20、本发明提供一种提高大豆籽粒大小和/或籽粒重量的方法，其包括提高目的大豆植物中gmsw15基因的表达量和/或gmsw15蛋白质的含量，从而获得籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、百粒重和/或单株粒重提高的大豆材料。

21、优选地，提高表达量的方法包括导入

gmsw15过表达载体，或者采用能够在植物细胞中驱动

gmsw15表达的启动子表达

gmsw15编码序列。

22、进一步优选地，所述启动子为camv 35s启动子。

23、本发明还提供一种创制gmsw15功能降低或功能缺失的大豆材料的方法，以gmsw15基因为靶标，采用crispr/cas9基因编辑系统降低gmsw15表达量或破坏gmsw15编码蛋白的功能。

24、优选地，所述crispr/cas9基因编辑系统识别的

gmsw15基因组靶位点包括如seqid no.3、seq id no.4所示序列。

25、优选地，采用农杆菌介导法将携带所述表达盒或基因编辑元件的重组载体导入大豆植物细胞，并经再生、筛选和鉴定获得转基因或基因编辑大豆材料。

26、本发明还提供

gmsw15基因或其编码蛋白或其生物材料或转基因或基因编辑大豆育种中间材料、植物细胞、植物组织、植物器官或种子在大豆育种中的应用，所述育种包括转基因育种、基因编辑育种、杂交、回交、自交或无性繁殖中的一种或多种。

27、本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供了

gmsw15基因及其编码蛋白在调控大豆籽粒大小和籽粒重量中的应用。本发明研究显示

gmsw15基因编辑株系和过表达株系表现出方向相反的籽粒表型：基因编辑使籽粒长度、籽粒宽度、籽粒厚度、百粒重和单株粒重降低，而过表达使上述性状提高，表明

gmsw15是大豆籽粒大小和籽粒重量的正调控基因。

gmsw15及其相关核酸分子、载体和遗传材料可作为大豆籽粒性状分子设计育种的基因资源，为百粒重和单株粒重的定向改良提供技术手段。