一个水稻穗粒数和粒型调节基因及其应用

本发明属于基因工程技术和作物穗粒数和粒型改良。更具体地，涉及一个水稻穗粒数和粒型调节基因及其应用。

背景技术：

1、水稻（

oryza satival.）供应着全球一半以上人口的粮食需求，是世界上最重要的粮食作物之一。产量是复杂的数量性状，受多基因调控，其中三个主要农艺性状起决定性影响：有效穗数、每穗粒数和千粒重，也被称为“产量三要素”。

2、水稻穗粒数和粒型是决定产量的关键性状，受多基因调控，穗粒数主要受分蘖数、穗分枝数（枝梗数）和每穗小花数影响，而粒型（长、宽、厚）直接影响粒重和外观品质。近年来，随着分子生物学和基因组学的发展，越来越多的产量相关基因被挖掘，例如，

ostb1突变可增加有效分蘖；粒长基因

gs3和粒宽基因

gw8通过调控细胞扩张影响籽粒大小；有数据表明穗粒数基因

gn1a和粒型基因

gs3等位点的应用，可使水稻增产15%以上。目前，已报道的能同时调控穗粒数和粒型的水稻基因相对较少，这类基因通常通过影响穗分枝发育、细胞分裂与扩张或激素信号通路来协调两个性状但。因此，目前仍然缺乏能同时调控水稻穗粒数和粒型的基因资源，来提高水稻单株产量、改变水稻粒型，平衡分蘖与穗粒数，提高穗部细胞分裂素水平，并用于分子标记辅助育种，进行高产育种，培育出更多的直立穗、长粒、大粒品种，来提高水稻产量和品质。

3、因此，随着全球人口增长和耕地资源减少，发掘新的产量调控基因，通过遗传改良提高水稻单产，培育高产水稻新品种，是解决粮食短缺的关键途径。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术中能同时调控水稻穗粒数和粒型的基因资源的不足，提供一个水稻穗粒数和粒型调节基因及其应用，作为具有提高水稻产量以及具有育种价值的新基因资源。

2、本发明的第一个目的是提供

ossdga基因或编码蛋白的应用。

3、本发明的第二个目的是提供敲除

ossdga基因或编码蛋白表达的制剂的应用。

4、本发明的第三个目的是提供一种提高水稻穗粒数的方法。

5、本发明的第四个目的是提供一种改变水稻粒型的方法。

6、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

7、本发明基于crispr/cas9基因编辑的水稻基因敲除突变体库中发现一个籼稻品种华光丝苗的穗粒数和粒型突变体，经过测序分析发现该突变体是

os08g0400000基因外显子发生碱基缺失而移码突变，导致该基因功能丧失的隐性突变体。

os08g0400000基因编码一个sra/ydg结构域，简称为

ossdga基因，该基因的核苷酸序列如seq id no:1所示，编码蛋白ossdga的氨基酸序列如seq id no:2所示。利用crispr/cas敲除水稻

ossdga基因或编辑其表达调控区，可使突变体二级枝梗和有效穗数增多，从而导致穗粒数增加，同时粒长变长。显示敲除

ossdga基因，可以使穗粒数和粒型发生改变，能提高水稻单株产量，起到产量提升、粒长变长的效果，为水稻高产育种提供新基因资源。

8、因此，本发明提供

ossdga基因或其编码蛋白在调节水稻穗粒数和粒型植物育种，或在制备调节水稻穗粒数和粒型制剂中的应用。

9、具体为：

ossdga基因或编码蛋白在提高水稻穗粒数的应用。

10、

ossdga基因或编码蛋白在提高水稻有效穗数和二级枝梗数中的应用。

11、

ossdga基因或编码蛋白在改变水稻粒型的应用。

12、

ossdga基因或编码蛋白在构建穗粒数与粒型突变体的转基因水稻中的应用。

13、进一步地，上述应用需敲除水稻中的

ossdga基因或编码蛋白。

14、优选地，所述改变水稻粒型为长粒型。

15、本发明提供敲除

ossdga基因或编码蛋白表达的制剂在提高水稻穗粒数、有效穗数和二级枝梗数中的应用。

16、本发明提供敲除

ossdga基因或编码蛋白表达的制剂在改变水稻粒型中的应用。

17、本发明提供敲除

ossdga基因或编码蛋白表达的制剂在制备调节水稻穗粒数与粒型的产品中的应用。

18、本发明提供敲除

ossdga基因或编码蛋白表达的制剂在水稻高产和长粒型品种育种中的应用。

19、本发明还提供一种提高水稻穗粒数的方法，对水稻中的

ossdga基因进行定点敲除或表达抑制的基因编辑，获得有效穗数和二级枝梗数增加的突变系。

20、本发明还提供一种改变水稻粒型的方法，对水稻中的

ossdga基因进行定点敲除或表达抑制的基因编辑，获得粒型改变的突变系。

21、优选地，所述方法利用基因编辑技术，对

ossdga编码区或表达调控区进行敲除突变或表达变化的编辑，或对

ossdga编码区密码子进行碱基编辑调控

ossdga表达水平或蛋白活性，或通过反义基因技术或rna干扰技术对

ossdga基因进行表达抑制，获得穗粒数或粒型突变系。

22、更优选地，利用crispr/cas基因编辑系统对

ossdga基因进行功能敲除。

23、更优选地，利用crispr/cas单碱基编辑器或先导编辑器（prime editor）对

ossdga基因表达调控元件或密码子进行定点编辑，调节其表达水平或蛋白活性。

24、更优选地，利用crispr/cas基因编辑系统对

ossdga基因的表达调控区如启动子调控区，5’和3’非翻译区（utr）进行一个或多个靶点进行定点编辑，调节其表达活性或翻译效率。

25、更优选地，所述部分靶点的核苷酸序列如seq id no:7～8所示。

26、更优选地，所述部分靶点通过核苷酸序列如seq id no:9～12所示的靶点接头序列连接入sgrna表达盒中间载体，再将其连接入crispr/cas9载体，将构建好的crispr/cas9载体转入农杆菌中，侵染受体水稻品系中。

27、更优选地，本发明利用核苷酸序列如seq id no:17～20所示的引物筛选定点敲除阳性植株。

28、更优选地，构建含基因

ossdga基因编码区或表达调控区靶点序列的crispr/cas基因编辑载体，转化野生型水稻，获得株高突变系。

29、本发明具有以下有益效果：

30、本发明研究得到一个调控水稻穗粒数和粒型的表观遗传修饰相关的含有一个sra/ydg结构域的

ossdga基因。利用基因工程手段定点敲除籼稻品种华光丝苗的

ossdga基因可获得穗粒数和粒型改变的突变体，突变体的有效穗数、二级枝梗数明显增加，单株产量提升，同时粒长明显增加，而粒宽相应减少，能改变水稻粒型。本发明研究表明

ossdga基因能够调控水稻穗粒数和粒型，可用于杂交水稻育种，能提高水稻产量和粒型的遗传改良，为水稻高产育种提供了新的可用基因资源。