一种水稻OsMAPK4基因在调控粒长和千粒重中的应用

本发明涉及植物基因工程和分子育种，具体涉及一种水稻

osmapk4基因在调控粒长和千粒重中的应用。

背景技术：

1、水稻（

oryza sativa.l）作为中国乃至全世界最重要的主粮作物之一，其产量直接关系到国家粮食安全与社会稳定。籽粒大小作为决定水稻单产的核心数量性状，受复杂遗传网络的精密调控。近年来，尽管已鉴定出多个调控籽粒大小的关键基因与信号通路，但研究显示，这些通路并非独立运作，而是通过复杂的交叉对话协同发挥作用。因此，发掘同时调控粒长与千粒重的关键基因，解析其分子调控网络，并将其应用于高产优质水稻育种，具有重大的理论和应用价值。

2、mapk级联模块作为真核生物中高度保守的信号传导模块，在调控水稻籽粒大小中被广泛关注。其中，以osmpk6为核心的mapk模块研究最为深入。一方面，osmkkk10-osmkk4-osmpk6模块通过影响颖壳细胞分裂来正向调控水稻粒长与粒宽；另一方面，osmpk6和clg1分别通过磷酸化和泛素化修饰gw6a蛋白，协同调控水稻种子大小。而其他基因，如osmkkk70及其同源物osmkkk62和osmkkk55则通过osmkk4-osmpk6级联模块来正调控水稻粒长。最近的研究发现，以osmapk5为核心的osmpkk3/4/5-osmpk5-oswrky72通路负调控水稻籽粒大小。这些结果表明，mapk家族基因成员在水稻籽粒大小中发挥重要作用。目前，关于osmapk4在籽粒发育、粒长或千粒重方面的生物学功能仍未报道，因此，解析该基因在水稻籽粒大小中的生物学功能及分子机制，对水稻高产分子设计育种具有重要作用。

3、发明人研究发现，mapks家族基因

osmapk4在水稻幼穗中高表达，表明其可能在穗部发育和籽粒形成过程中发挥重要作用。目前，现有技术中尚未见关于

osmapk4基因调控水稻籽粒大小的报道。因此，开发以

osmapk4为核心的功能基因应用技术，为水稻高产分子育种提供新的基因资源和实用方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种水稻

osmapk4基因在调控粒长和千粒重中的应用，首次揭示了

osmapk4基因负调控水稻粒长和千粒重的生物学功能，为高产水稻新品种的分子育种提供了新的基因资源和应用方法；通过敲除或抑制

osmapk4基因的表达，可以有效增加水稻籽粒长度和千粒重，从而提高水稻单产。

2、本发明提供一种水稻

osmapk4基因或靶向该基因的基因编辑系统在调控水稻粒长和/或千粒重中的应用，所述

osmapk4基因cds区的核苷酸序列如seq id no:1所示；所述

osmapk4基因表达的蛋白的氨基酸序列如seq id no:2所示。

3、进一步地，所述调控为负调控，即通过降低水稻中

osmapk4基因的表达量或敲除

osmapk4基因，以增加水稻的粒长和/或千粒重。

4、进一步地，所述基因编辑系统为crispr/cas9系统，其靶向

osmapk4基因的靶点序列包括：

5、a) 如seq id no:3所示的第一靶点序列；和

6、b) 如seq id no:4所示的第二靶点序列。

7、本发明还提供了一种增加水稻粒长和/或千粒重的方法，包括利用基因编辑技术、rna干扰技术或化学诱变方法，在水稻基因组中降低

osmapk4基因的功能或表达水平；

8、所述

osmapk4基因cds区的核苷酸序列如seq id no:1所示。

9、进一步地，所述基因编辑技术为crispr/cas9技术，包括将靶向

osmapk4基因的crispr/cas9载体导入水稻细胞，使其在

osmapk4基因的编码区产生突变，进而获得

osmapk4基因功能缺失的突变体植株；

10、靶向

osmapk4基因的靶点序列包括：

11、a) 如seq id no:3所示的第一靶点序列；和

12、b) 如seq id no:4所示的第二靶点序列。

13、进一步地，一种用于改良水稻籽粒性状的水稻育种方法，包括：

14、a) 将获得的水稻

osmapk4基因功能缺失的突变体与目标水稻品系杂交；

15、b) 筛选后代中继承了

osmapk4基因功能缺失突变且具有长粒和/或高千粒重性状的植株。

16、本发明具有如下优点：

17、本发明通过构建crispr/cas9敲除突变体，首次证实

osmapk4基因是水稻粒长和千粒重的负调控因子。该发现填补了现有技术对

osmapk4基因功能认知的空白，为水稻产量调控网络增添了新成员。本发明通过敲除

osmapk4能特异性增加粒长和千粒重，而对粒宽和粒厚无显著影响。这为定向改良水稻粒形、避免粒宽过度增加导致稻米品质下降提供了更精准的分子靶点；同时为水稻高产分子育种提供新的基因资源。总之，本发明丰富了水稻籽粒大小调控的分子机制，为水稻高产优质分子育种提供了新的基因资源和实用方法，具有重要的理论意义和应用前景。

1.水稻osmapk4基因或靶向该基因的基因编辑系统在调控水稻粒长和/或千粒重中的应用，其特征在于：所述osmapk4基因cds区的核苷酸序列如seq id no:1所示；所述osmapk4基因表达的蛋白的氨基酸序列如seq id no:2所示。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述调控为负调控，即通过降低水稻中osmapk4基因的表达量或敲除osmapk4基因，以增加水稻的粒长和/或千粒重。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述基因编辑系统为crispr/cas9系统，其靶向osmapk4基因的靶点序列包括：

4.一种增加水稻粒长和/或千粒重的方法，其特征在于：包括利用基因编辑技术、rna干扰技术或化学诱变方法，在水稻基因组中降低osmapk4基因的功能或表达水平；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述基因编辑技术为crispr/cas9技术，包括将靶向osmapk4基因的crispr/cas9载体导入水稻细胞，使其在osmapk4基因的编码区产生突变，进而获得osmapk4基因功能缺失的突变体植株；

6.一种用于改良水稻籽粒性状的水稻育种方法，其特征在于：包括：