CN100554423C

CN100554423C - 一种控制水稻谷粒粒长和粒重的主效基因gs3

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Publication number: CN100554423C
Application number: CNB2006100181074A
Authority: CN
Inventors: 张启发; 范楚川; 邢永忠
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: US20100017919A1; WO2007076727A8; EP1969124B1; US20150082496A1; EP1969124A1; EP1969124A4; WO2007076727A1; CN1995347A

Abstract

本发明公开了一种分离克隆的控制水稻谷粒粒长和粒重性状的主效基因GS3，该基因的DNA序列如SEQ ID NO：1所示，序列全长为7883bp，包含5个外显子，共编码232个氨基酸。通过生物信息学技术预测该蛋白质具有一些保守结构域，包括PEBP-like结构域，跨膜结构域，TNFR/NGFR蛋白质家族富含半胱氨酸结构域和VWFC同源结构域。其cDNA序列如SEQ ID NO：2所示。利用水稻三个大粒品种和三个小粒品种比较测序，发现在7.9kb范围内大小粒品种间只存在一个共同的碱基差异，位于GS3的第二个外显子结尾处，由小粒品种中的半胱氨酸(TGC)突变为大粒品种中的终止密码子(TGA)。该突变造成GS3基因在大粒品种的提前终止，并导致了178个氨基酸(包括部分PEBP-like结构域和其它3个保守的结构域)的缺失。本发明还公开了其制备方法。

Description

一种控制水稻谷粒粒长和粒重的主效基因GS3

技术领域

本发明涉及植物生物技术领域。具体涉及到一个位于水稻第三染色体着丝粒附近控制谷粒粒长和粒重的主效QTL，GS3的基因克隆。

背景技术

水稻谷粒的大小是一个重要的经济性状：(1)谷粒大小就是粒重的主要决定因素，而粒重是水稻产量的三个构成因子之一。因此，谷粒大小是一个重要的产量性状；(2)由于粒重和粒长、粒宽、粒厚等性状呈正相关(Evans，1972，RiceBreeding，BanosLos编著，InternationalRiceResearchInstitute，Manila，pp.499-511)，谷粒大小还是一个重要的稻米外观品质性状。在中国、美国和一些主要的亚洲国家中，细长粒形的籼稻品种受到大多数消费者的喜爱。在我国的国家优质稻谷标准中还对稻米粒长与粒宽的比值作了具体规定，认为优质的籼稻品种的稻米长宽比不能低于2.8。因此，阐明谷粒大小的遗传基础和分子机理有利于同时改良水稻的产量和品质。

此外，谷粒大小在作物的进化研究中具有重要的意义。一般认为野生亲缘种具有小而圆的谷粒粒形以适应自然的选择，经过人类的长期驯化和选择，谷粒粒形已经发生了明显的改变。因此揭示谷粒大小的遗传基础可以为作物的进化研究提供线索。

稻谷的大小是典型的数量性状，遗传基础比较复杂。利用分子标记技术可以对控制数量性状的QTL(Quantitative Trait Loci)进行分解和定位，将复杂的数量性状分解为简单的孟德尔因子来进行研究。利用这种方法，近年来已经发现了许多控制谷粒大小的QTLs。其中位于第3染色体着丝粒附近的一个主效QTL(该QTL在本发明中被命名为GS3)在许多研究中都能检测到(Huang等，1997，Mol.Breed.3：105-113；

和Mackill，1998，Theor.Appl.Genet.96：957-963；Kubo等，2001，Rice Genet.Newsl.18：26-28；Thomson等，2003，Theor.Appl.Genet.107：479-493；Aluko等，2004，Theor.Appl.Genet.109：630-639)。本实验室利用珍汕97/明恢63衍生的F_2∶3和重组自交系群体也多次检测到GS3区域存在一个QTL同时控制着谷粒粒长和粒重，并且可以揭示粒长总变异的55％以上以及粒重总变异的20％左右(Yu等，1997，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 94：9226-9231；Li等，2000，Theor.Appl.Genet.101：248-254；Tan等，2000，Theor.Appl.Genet.101：823-829；Xing等，2001，Acta.Bot.Sin.43：721-726；Xing等，2002，Theor.Appl.Genet.105：248-257；Hua等，2002，Genetics 162：1885-1895)。这些结果表明GS3基因可以在不同的遗传背景以及不同环境下都能稳定表达，因此GS3对于水稻产量和品种性状的改良具有巨大的应用潜力和前景，对GS3进行精细定位甚至克隆相应的基因，为水稻的产量和品质育种提供新的基因资源。

利用一般的群体对数量性状基因进行精细定位存在很大的难度，因为在这样的群体材料中很难确定检测到的一个主效QTL到底是一个还是多个微效QTL(Yano等，1997，Plant Molecular Biology 35：145-153)。其次，在这些群体中由于影响同一性状的多个QTL都在分离，QTL间的相互干扰以及环境因素的影响，QTL定位的准确性受到很大限制。因此，必须构建特殊的群体来精细定位QTL。通常的做法就是构建目标QTL的近等基因系(Near Isogenic Lines，NIL)，把目标QTL位点之外的绝大部分背景差异消除，使该位点表现为典型的孟德尔遗传。这种方法已经在许多QTL的精细定位和基因克隆研究中发挥了重要的作用。Li等采用这种方法已经将GS3定位到93.8kb的区域(Li等，2004，Genetics 168：2187-2195)。这些结果为采用图位克隆的策略分离、克隆GS3的基因提供了依据。

基于这些考虑，本发明利用图位克隆的方法分离克隆一个控制水稻谷粒粒长和粒重的主效基因GS3，为水稻的产量和品质育种提供新的基因资源，也为作物的进化研究提供线索。

发明内容

本发明的目的是从水稻中分离克隆一个同时控制谷粒粒长和粒重的主效基因完整编码区段DNA片段，利用这个基因改良水稻产量和品质的能力。这个基因被命名为GS3。

本发明通过构建GS3的近等基因系，利用图位克隆的方法，将GS3精细定位到7.9kb的染色体区段内，然后结合该区段内的一个全长cDNA的序列信息，对GS3的基因结构和编码的蛋白质产物进行预测和分析，发现该基因包含5个外显子，共编码232个氨基酸。通过生物信息学技术预测该蛋白质具有一些保守结构域，包括PEBP-like结构域，跨膜结构域，TNFR(tumour necrosis factor receptor)/NGFR(nerve growthfactor receptor)蛋白质家族富含半胱氨酸结构域和VWFC(von Willebrand factor type C)同源结构域。此外，利用三个大粒品种：明恢63(一个中国大面积推广应用的水稻品种)、H94(来自上海市农业生物基因中心)、93-11(一个完成全基因组测序的水稻品种)，以及三个小粒品种：珍汕97(一个中国大面积推广的水稻品种)、川7(来自上海市农业生物基因中心)和日本晴(英文名称：Niponbare，一个完成全基因组测序的水稻品种)进行比较测序，结果发现在7.9kb范围内大小粒品种间只存在一个共同的碱基差异，位于GS3的第二个外显子结尾处，由小粒品种中的半胱氨酸(TGC)突变为大粒品种中的终止密码子(TGA)。该突变造成GS3基因在大粒品种的提前终止，并导致了178个氨基酸(包括部分PEBP-like结构域和其它3个保守的结构域)的缺失。通过生物信息学分析发现VWFC结构域通过与生长调节因子TGF-β家族成员相结合来调节生物体的生长发育信号。在大粒品种中GS3基因由于缺失putative VWFC结构域，因此可能丧失了这种生长发育信号调节的能力，最终导致粒长和千粒重发生改变。

本发明的优点在于：

(1)本发明首次在水稻中克隆了一个对粒长和粒重具有很大效应的基因，为水稻的高产优质育种提供了新的基因资源，也为其它作物中克隆相关基因提供了技术借鉴；

(2)本发明中克隆的基因也可以为水稻和其它作物的驯化和分子进化研究提供证据。

附图说明

序列表SEQ ID NO：1是本发明分离克隆的GS3基因组序列(其中包括GS3基因编码序列)。

图1.是本发明的技术流程图。

图2.用于比较测序的6个品种。

图3.BC₃F₂随机群体中谷粒千粒重、粒长、粒宽和粒厚的频率分布。(a)谷粒千粒重的频率分布；(b)谷粒粒长的频率分布；(c)谷粒粒宽的频率分布；(d)谷粒粒厚的频率分布。GS3的三种基因型是通过后代测验得到的。

图4.GS3在遗传连锁图上的定位。遗传单位为cM。

图5.基因区域的图示。(a)GS3基因的精细定位.标记间的数字代表各标记与GS3位点间发生的重组次数。Genebank登录号OSJNBaO030J19是日本晴(Nipponbare)中包含GS3的BAC克隆；(b)GS3基因的结构示意图。黑色的方框代表外显子，带斜线的方框代表5’和3’UTR，“ATG”和“TGA”分别是翻译起始密码和终止密码，两种粒形品种间的一个碱基的差异位于GS3基因第2个exon中，由小粒品种中的半胱氨酸(TGC)突变为大粒品种中的终止密码子(TGA)。(c)预测的GS3基因产物。星号代表大小粒形品种间的一个碱基的差异引起氨基酸密码发生改变的位点，PEBP-like结构域位于虚线区域，跨膜区域位于单下划线区域，VWFC结构域同源位于方框区域内。

图6.预测的GS3基因蛋白质保守结构域。包括PEBP-like结构域，跨膜结构域，TNFR/NGFR蛋白质家族富含半胱氨酸结构域和VWFC同源结构域。其中PEBP-like结构域位于细胞膜内，TNFR/NGFR蛋白质家族富含半胱氨酸结构域和VWFC同源结构域位于细胞膜外。

具体实施方式

以大粒品种‘明恢63’为轮回亲本，小粒品种‘川7’为供体亲本构建了水稻GS3基因的近等基因系。在201个BC₃F₂单株所组成的一个随机群体中对GS3进行了定位和效应评价；设计CAPS标记对1,384个具有大粒表型的BC₃F₂单株进一步分析，最终将GS3定位到两个CAPS标记GS63和SF19(由发明人自己设计，参见表2)之间，两者相距约7.9kb的物理距离；利用该区间的一个全长cDNA序列，预测出GS3的基因结构，并利用生物学信息学技术预测该基因的可能功能；对7.9kb范围的比较测序发现在所有大粒品种的第二个exon中存在一个终止突变，并造成了178个氨基酸的缺失，这种缺失可能导致基因功能的丧失，从而暗示了谷粒大小发生变异的根本原因，同时验证了GS3作为目标基因的正确性(图1)。

以下实施例进一步定义本发明，并描叙了分离克隆GS3基因以及通过比较测序验证GS3等位基因之间碱基差异的方法。根据以下的描述和这些实施例，本领域技术人员可以确定本发明的基本特征，并且在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种改变和修改，以使其适用各种用途和条件。

实施例1：构建GS3近等基因系

1、回交与选择

如附图2所示，以大粒品种‘明恢63’为轮回亲本，小粒品种‘川7’为供体亲本进行连续的回交。在F₁、BC₁F₁以及BC₂F₁代对GS3只进行正向选择，即选择目标区段为明恢63/川7杂合基因型的单株用于下一轮的回交。目标区段参照前人的QTL定位结果确定在两个SSR(Simple Sequence Repeat)标记RM282和RM16(参见：(http://www.gramene.org/)所界定的区间内。在BC₃F₁代，除进行正向选择外，还对目标区段以外的遗传背景进行扫描，从中选择遗传背景与明恢63最为相近的单株用于后续的实验。参照已发表的水稻遗传连锁图谱(Temnykh等，2000，Theor.Appl.Genet.100：697-712；Temnykh等，2001，GenomeRes.11：1441-1452)，从中选择了125对在亲本间具有多态性并且均匀分布于水稻12条染色体的SSR标记用于遗传背景的筛选。最终选择了一个单株(BC₃F₁-19)，其RM282和RM16标记((参见：http://www.gramene.org/)基因型为明恢63/川7杂合，而在125对SSR标记中仅20％(25对)为明恢63/川7杂合，其余都是明恢63纯合基因型。该单株的后代(BC₃F₂和BC₃F₃)用于后续的实验。

2.SSR方法

PCR标准程序参见参见J.萨姆布鲁克等，2002，分子克隆实验指南，第三版，金冬雁等(译)，科学出版社介绍的方法。PCR采用20μl的反应体系，包含：20-50ng DNA模板，10mM Tris-HCl，50mM KCl，0.1％Triton X-100，1.8mM MgCl2，0.1mM dNTP，0.2μM引物(如上所述的RM282和RM16的引物，参见http://www.gramene.org/)和1U Taq DNA polymerase。PCR扩增的条件为：940C预变性4min；940C 1min，550C 1min，720C 1min，34个循环；720C延伸10min。PCR产物在6％的聚丙烯酰胺胶上分离后进行银染(Bassam等，1991，Anal.Biochem.196：80-83)。

实施例2：GS3在随机群体中的定位和效应评价

1、大小粒的表型测量

谷粒自然干燥后置于室温下至少放置3个月以上以保证谷粒的干燥和各株系间含水量的相对一致。从每单株中随机选取饱满谷粒10粒，按照头对头、尾对尾，不重叠、不留隙的方式，紧靠摆成一行，用游标卡尺读出长度，求其平均值即为谷粒长度。将测量过长度的10粒谷粒，按照同一个方向肩靠肩(即宽度方向)排列，用游标卡尺测量，读出宽度，求其平均值即为谷粒宽度。然后用游标卡尺量取每粒谷粒的厚度，求其平均值即为谷粒厚度。谷粒千粒重根据随机挑选的200粒饱满谷粒的重量来估算。

从BC₃F₁-19单株衍生的BC₃F₂群体中随机挑选了201单株构成一个随机群体。考察明恢63、川7以及随机群体中每个单株的谷粒长度、宽度、厚度和千粒重等性状，结果发现所有性状在两亲本间都具有显著差异(表1)。在随机群体中，谷粒长度和千粒重都表现为不连续分布。以8.50-9.50mm的谷粒长度或20.5-21.5g的千粒重为分界线，可分为两类，即大粒和小粒类型(表1和图3)，并且谷粒长度和千粒重表现为完全正相关，即长粒株系的粒重总是大于短粒株系的粒重。而粒宽和粒厚在随机群体中表现为一种正态分布(图3)。为简化叙述，本发明中将长而重的谷粒称之为大粒，另外一种短而轻的谷粒类型称之为小粒。

表1.随机群体中大小粒类型以及两亲本的表型值

2.分子标记的发展

本发明中所用到的SSR标记信息全部来自于Gramene网站数据库(http://www.gramene.org/).此外，还根据网上公布的粳稻品种Nipponbare的基因组序列(http://rgp.dna.affrc.go.jp)以及籼稻品种93-11的基因组序列(http://rise.genomics.org.cn/)设计了11对在明恢63和川7间具有多态性的Indel(Insert/Deletion)和CAPS(cleaved amplified polymorphic sequence)标记，用于GS3的精细定位分析。这些标记的序列信息见表2.

表2.本发明中用于GS3基因定位的Indel和CAPS标记(引物)

说明：GS63和SF19标记(引物)由本申请人自己设计。

3.GS3的QTL定位和效应评价

用6个SSR标记(MRG5959，MRG0164，MRG5881，MRG2646，RM411，RM16)以及2个Indel标记(GS06和GS09)对随机群体进行标记基因型分析，用Mapmaker/Exp 3.0软件(Lincoln等，1992，Whitehead InstituteTechnical Report，Whitehead Institute，Cambridge，Massachusetts，USA)构建GS3区间的局部遗传连锁图，利用区间作图法Mapmaker/QTL 1.1对随机群体的谷粒长度、宽度、厚度以及千粒重进行QTL定位，以LOD值3.0作为检测QTL的域值。从表3结果可以看出在GS09-MRG5881区间存在一个QTL同时影响谷粒千粒重、长度、宽度和厚度和等几个性状，并且分别解释这几个性状83.4％，95.6％，19.8％和12.1％的表型变异。其中明恢63的基因型可以增加谷粒千粒重、长度和厚度，同时减少谷粒宽度。此外，该QTL对不同的性状表现出的遗传效应也不相同，其中对千粒重、长度和厚度表现为部分显性效应，而对粒宽表现为超显性效应。

表3.位于GS09-MRG5881区间控制粒形和粒重性状的QTL效应

^a川7等位基因的加性效应；^b川7等位基因的显性效应；^cQTL解释性状总变异的百分率；^dP＜0.0001的显著性水平(t测验)；^e在P＜0.05水平上不显著.

4.后代测验

随机群体每株系种植20个家系(BC₃F₃代)进行后代测验。结果发现在201个株系中，有56个株系的后代都表现为大粒的表型，有61个株系的后代都表现为小粒的表型，剩下的84个株系的后代出现了大小粒的分离。卡方测验表明三种类型符合单个孟德尔因子的1∶2∶1分离比(x²＝5.67，P＞0.05)，表明在此BC₃F₂群体中，粒大小是由一个主效基因控制的，并且小粒等位基因对大粒等位基因表现为显性作用。由于后代表现出的这三种粒形类型分别对应各个BC₃F₂单株的GS3位点的三种基因型：明恢63纯合基因型(大粒)、川7纯合基因型(小粒)和杂合基因型(大小粒分离)，因此可以将GS3作为一个标记直接定位于Indel标记GS09和SSR标记MRG5881间的1-cM区间内(图4)。

实施例3：GS3的精细定位

1.CAPS标记分析

用于精细定位的9个CAPS标记信息见表2所示。这些标记扩增约1-kb左右的产物。PCR反应体系同前面的SSR反应体系，PCR扩增的条件为：94℃预变性4min；94℃ 1min，53℃～57℃ 1min，72℃ 1.5min，34个循环；72℃延伸10min。PCR产物的酶切采用20μl反应体系：10μl PCR产物，1U限制性内切酶(购自日本Takara公司)，其它成份参照Takara公司提供的试剂说明书进行，37℃酶切3~5小时后取10μl酶切产物在1.5％的琼脂糖凝胶电泳分离，EB染色后在紫外透射仪下观测。

2.重组单株的分析和GS3的精细定位

为进一步缩小GS3的定位区间，从5,740株由BC₃F₁-19单株衍生的BC₃F₂中挑选出1,384株具有长粒表型的单株(粒长至少为9.7mm)，用于重组单株的筛选。

首先用SSR标记MRG5881和Indel标记GS09进行筛选，从1,384个单株中共找到55个重组单株，这些单株经过后代测验确认是极端大粒的单株。然后，利用发展的9个CAPS标记分析这55个重组单株，结果发现在GS47和GS3间存在5个重组单株，在GS52和GS3以及GS56和GS3间各存在4个重组单株，在GS61和GS3间存在3个重组单株，在GS65和GS3间存在2个重组单株(图5a)。特别是在GS63和GS3间只发生1次重组，在SF19和GS3间只存在2次重组，而且在GS63和SF19之间还存在GS64和SF18两个标记与GS3共分离。因此，GS3最终被定位于GS63和SF19间，该区间对应于Nipponbare和93-11的基因组序列上的约7.9-kb的物理范围(图5a)。

实施例4：GS3的基因结构和功能预测

(1)GS3基因结构分析：

在GS63和SF19(由申请人自己设计，参见表2)所界定的7.9-kb范围内找到一条全长cDNA，编号为osigcea013f09t3，来自于广陆矮4号的幼芽组织(由中科院上海基因研究中心提供)，核苷酸序列特征如SEQ ID NO：1所示，本发明克隆的GS3基因的cDNA序列全长953bp，与7.9-kb范围内的1.6kb至7.3kb区段完全匹配。由于GS3基因两端还存在一些调控序列，因此该cDNA是GS3的唯一候选基因。

通过比较该全长cDNA和日本晴(Nipponbare)基因组的序列得到了GS3基因的结构：GS3基因从翻译起始密码至终止密码长5,363bp，包含5个外显子(exon)和4个内含子(intron)，起始外显子长117bp，第二个外显子长53bp，第三个外显子长45bp，第四个外显子长54bp，末端外显子长430bp；第一个内含子长1,472bp，第二个内含子长1,439bp，第三个内含子长83bp，第四个内含子长1,671bp(图5b)。因此，GS3基因的阅读框(open reading frame)长699bp，编码232个氨基酸，该基因的序列号如SEQ ID NO：1所示。

(2)GS3功能预测

根据InterProScan(http://www.ebi.ac.uk/InterProScan/)对蛋白质结构进行预测，GS3基因编码的蛋白质由232个氨基酸组成，包含几个保守的结构域。其中5’端从第12个氨基酸至第65个氨基酸区域为PEBP(phosphatidylethanolamine-binding protein)-like区域，从第97位氨基酸至第117位氨基酸区域为跨膜区域，从第116个氨基酸至第1557个氨基酸区域是TNFR(tumour necrosis factor receptor)/NGFR(nervegrowth factor receptor)家族富含半胱氨酸的同源区域，3’末端富含半胱氨酸的区域(从第178个氨基酸到231个氨基酸)具有von Willebrand factor type C(VWFC)结构的保守氨基酸序列特征，即由60-80个氨基酸组成的结构域中含有10个保守的半胱氨酸，特别是在中间具有C2XXC3XC4序列以及3’端具有C8C9XXC10序列特征(其中C代表半胱氨酸，数字代表10个保守的半胱氨酸的序号，X代表任意氨基酸)(图5c和图6)(www.sanger.ac.uk/cgi-bin/Pfam/getacc？PF00093)。

VWFC结构域已经发现在许多位于细胞外的蛋白质中存在，一些研究认为它可以与生长调节因子TGF-β的家族成员相结合，从而对TGF-β的受体结合位点产生干扰作用，阻止了TGF-β受体的活化，进而起到调节生长因子信号传导的目的(Abreu等，2002，Gene 287：39-47；O’Leary等，2004，J.Biol.Chem.279：53857-53866)。

实施例5：比较测序确定GS3等位基因间的碱基变异

(1)序列测定

两个大粒品种(明恢63和H94)和两个小粒品种(川7和珍汕97)进行目标区段的测序。利用10对PCR产物相互部分重叠的引物(表4)，采用高保真度的LA-Taq(日本TakaRa公司)从这些品种的基因组中进行PCR扩增。然后按照pGEM-T Vector System 1kit试剂盒(购自美国Promega公司)的使用说明书，将PCR产物连接到pGEM-T载体上，转化大肠杆菌DH10B(购自美国Invitrogen公司)，通过兰白斑筛选获得阳性克隆后采用T7-R和SP6-F通用引物(购自中国上海生工生物工程公司)、美国Perkin Elmer公司的测序试剂盒(Big Dye Kit)、分别从每个亚克隆的两端测序。使用Sequencher 4.1软件(美国Gene CodesCorporation)拼接序列。

表4.用于本发明比较测序的引物

PCR产物的大小是根据Nipponbare的序列确定的，不同品种中可能会有所变化。

2.序列比较

目标区段间的序列比较分析在3个大粒品种(明恢63、H94、93-11)和3个小粒品种(珍汕97、川7、Nipponbare)间进行(图2)，其中Nipponbare和93-11中的GS3区间序列信息来分别来自于BAC克隆OSJNBaO030J19和contig Ctg009226(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)。序列比较在软件Vector NTI 9(美国InforMaxTM公司)上进行。

在6个品种间虽然发现了许多的碱基差异存在于7.9kb范围内，但是只有一个碱基的差异存在于两种粒形类型间，因此可以认为该碱基变异是引起粒大小发生改变的根本原因。进一步分析发现该碱基差异存在于GS3基因第2个exon中，由小粒品种中的半胱氨酸(TGC)突变为大粒品种中的终止密码子(TGA)(图5b)。该终止密码子的出现导致了大粒品种中3’端178个氨基酸的缺失，其中包括部分PEBP-like结构域和其它3个保守的结构域。这个无义突变与大粒对小粒表现为隐性的自然特性是一致的，表明大粒表型是由于GS3基因的蛋白质功能缺失引起的。

序列表

<110>华中农业大学

<120>一种控制水稻谷粒粒长和粒重的主效基因GS3

<130>

<141>2005-12-31

<160>3

<170>PatentIn version 3.1

<210>1

<211>7883

<212>DNA

<213>水稻(Oryza sativa)

<220>

<221>gene

<222>(1)..(7883)

<223>

<220>

<221>3’UTR

<222>(7009)..(7222)

<223>

<220>

<221>exon

<222>(6579)..(7008)

<223>

<220>

<221>exon

<222>(4854)..(4907)

<223>

<220>

<221>exon

<222>(4726)..(4770)

<223>

<220>

<221>exon

<222>(3235)..(3287)

<223>

<220>

<221>exon

<222>(1646)..(1762)

<223>

<220>

<221>5’UTR

<222>(1609)..(1645)

<223>

<400>1

gccgccatga gctcaccggt gctgccgccg acctcctgcc tacgtgccgc cttctccgct 60

gcaagtcgcc gctgctgccc tccccacgac acagctggat ccgggagggg agggcaggga 120

aggttcgctg tcgccgccgc caccctccct acgacgtagc cagatatggg tggagaggta 180

agcgccgccg ccgctgcaca acccacgatg ccgccgctgc acaacccgcg atgccgtcgg 240

ccggatttgg gaggtggagc gtcgccgccc tccgccccgc gccatgtctg aggaaagaga 300

gcgatgggag cgccgccggc caccaccgtc cccccttccc cctccaacca gatctgggag 360

gaagggaggg agggagggga gccatcacgt cgttgggagt agatgccgcc accgccctcc 420

ccctccctgc ggccaccaca ctggggtgca ccgccaccgc taggtagccg cctctggctg 480

gatccacgcc gaggagagga aggagaggga gagggagagg gaggggaggg gagatgtgga 540

agttgactta gaaaattttg acgcccggtg gtttttaaga tactttacct ttttgcaggc 600

ggatttatta aagaggtccg tctgcaaaaa taatgatatt ttcacggtcg gacctcttaa 660

gatatctaca tgtagaaatc tatatttttt tacttaaatt actgccaggg ctttgcctcg 720

tagtataatt ttcataaaaa ctcaaaatat ttacaaatta caaaagagga aggaaggaga 780

aaaacttata aagattacaa tgtttgtaac caatcaaaaa ctatctgctt taaaggatct 840

ttcattctac acatatgaag aagaacttct tttctaaacg atattcttca tgaaccaaag 900

gagggaagct cattccgaaa atttttccca tttctctgct cgtaggcgga taactatctc 960

atctcacggt tgttattttt gtaggtggct atttggcttc cagagaccta ctcgtccggg 1020

aaaaagaaat gccagcatct agaaaaatag tttttctagt agagtgttgt gagcgtctgc 1080

gatcgtggta aagaaagcaa aaaaggtgaa ggacgagtgg catgatacat atgggaaagc 1140

tgtagacttt gacccttgac tactcgttgg aagtgtgcgt ctgcatgcat tattgaacgg 1200

ctctgatccc cgcggcgcag cggatcgggg tcatgtccgg atgggcatat cgacgagaag 1260

gatccgtccc cgacaatctt tcaaggcccg tgcccccgtc cctcctctcc tctgcgcctt 1320

tccatcatca tttacgccca accccaacac atgtacattt cccttggctt gcttccggag 1380

aagaaaagag cggccatcca ctccactctc cactctctcc cttccatcat tacttgccca 1440

aaaacggcaa tcccctcccc tccatctcca tgtgctcttc cacctagctc cgccattcaa 1500

agcaaagcac caagcttttg cctctccctc taccatgcct gccccctata catagctgct 1560

gcaccgtctc tcttcataaa tatactagta ggagtagcag agctcatcac ttcgatcatc 1620

tccattatcg gaacttcgga gtgac atg gca atg gcg gcg gcg ccc cgg ccc 1672

Met Ala Met Ala Ala Ala Pro Arg Pro

1 5

aag tcg ccg ccg gcg ccg ccc gac cca tgc ggc cgc cac cgc ctc cag 1720

Lys Ser Pro Pro Ala Pro Pro Asp Pro Cys Gly Arg His Arg Leu Gln

10 15 20 25

ctc gcc gtc gac gcg ctc cac cgc gag atc gga ttc ctc gag 1762

Leu Ala Val Asp Ala Leu His Arg Glu Ile Gly Phe Leu Glu

30 35

gtacaatcta tctctatctg tctatatcac taccattcat actccttcga tcttgcttca 1822

aaacaaaaaa atatatattt cctacttcat attcatatac acacgtacgg cttgctatct 1882

gtcgaattgt ttgcttctgc atgcatgcat cactctcatt gtaagttttt cccagcttaa 1942

aaccactcct tttatcttcg ttcttcttcc ttcttgtttt tttttaaaaa aacaacaact 2002

catttaatct tcatatagtg tatcatgcat catttgcttc tttgatcagt tccccaaaaa 2062

ctgctcctct cttcccagcc aaataattaa acttaagcaa acaagcaagt tgaactgatg 2122

atccaataaa acaaaacaaa accgatcgaa taggaagtca atggcatata ccagctgcta 2182

tagctgaagc cacgaatgct tagcttagct ctagtcgatc cctgttgact gttcaacaca 2242

ctgcactaac acaccagtta atgagctgat taattaaacc attaaatgag cttaacgggc 2302

ggctagcttc ttcctctggg cccgtgccga tcgtaccatc ggtttgcgcg tccctccacc 2362

taaactctct gccttgttat tccctttgcc tagtactaca tgcatttgca tcatcatccc 2422

atcaccaata gtactacgtt tcaactggat tttggtggtg tccaaccata tcatatttgg 2482

ttttgttctc tagtttactc ctacattagt ctctagcggt tttgtggagt actaaagaaa 2542

acaactaatc agccagggtt taacgtttaa tcggttggtg gttttgttaa ttaatttcat 2602

ctactatttt agacttcaca ggtcttcgag ctataagcat cgattgccat gcatcaatcg 2662

atgctggtcc acgctagttt ctgagttctg actagctctc ttaattgtgc tttgacctac 2722

tttaattaat taaccagtgg ctgcgtcact cattgaccaa cattgtcatg ttacccggac 2782

tgattttttt tttctttaaa aaaacaccgg atatattatt agttagtgta tatatatgtc 2842

tgctcaagaa gcgcatgcat atagtttctc gtcaaacaaa aaatgtactg tatgctcaaa 2902

gcatctgttt tggaattgtc atattcgcct ttataattaa aataattaaa atggtgatgc 2962

ccagcttttt ttttcctcca ataatttatt tattggcttg atttcctgtg ctattaggag 3022

taaaactact ccgttttaat tagcaccatt tttaaagctt ctaaaattaa cctaagtaaa 3082

gtacgacagt acttgctgtc tagctttaaa tgttttgggt gttaaaatat ccctcagaca 3142

tcacctgaaa agttgacagg ctaaacacat gcccatctcc ctcgtttact taaattaatt 3202

cgaacaaaca actgtatata tatttcttgc ag ggt gaa ata aat tca atc gaa 3255

Gly Glu Ile Asn Ser Ile Glu

40 45

ggg atc cac gct gcc tcc aga tgc tgc aga ga gtaagccagc ctgctgtttc 3307

Gly Ile His Ala Ala Ser Arg Cys Cys Arg Glu

50 55

tttttgtact acttccattt cttctcgtct ttactcttac catgcattca caaaatatac 3367

ttacttaccc cagtttttga tcatgaactt tgaccgttat ctttttaagc aacttcaata 3427

aaataggttt aaatgcaaat gttatgtaca ccattgatta taaaaccttg gcaaatgaaa 3487

gtaaaaaacc agcacattta atttctgaac gttgggagta ttattatttt tatatctttt 3547

actatcattt aatcatagta tcgtgcaagc tttttgagtg taattaggtt gcttaaggta 3607

aaaaaatgta actaggttac atttagtact aaactgaaca tttaattagt aatgtttcgt 3667

taagtaactg taatttcaat gcatgcatgt cctcccgtaa gagcaagttt aatagtatag 3727

ccaactacta gctccaattt atttatagac aatctaatag ctcattcata caataattac 3787

atactacact attaatatct gatcccacct gtcatacaca tactgcattt tggagtccgt 3847

gctatagctg actacaaatc tatagtccgc tgctcttctc tctctttatt tatctcctta 3907

aaatatgttt gcagctggct tatagcctgc tattgtacct gctctgaaaa tagtgcagag 3967

actgttcaaa aagtcattgc acaataacta ttcacatgga actgtgaaaa gtatatattg 4027

gaacttacta gctagatcct tttgggaaca tgggaaaagc caagtcacgt gtggaatccc 4087

tattccctgt gttcttcagc tagaagagtg aaaataatgt actactacta tacggagatg 4147

aaattacagc aggagcagaa agcgggaaaa aaactttaaa tcaattaaac aaacctctct 4207

ctgcaaaatt caacaccagc aacgaacaac tcatcaagtt cttgtgttat gtaccggccg 4267

gtaactaatt gttgtttgca taagcgaaac ggtatatttg caaacaaaaa ataatttatg 4327

aataaaactt ttatatacat gttcttaatt atctcaaaac aaaggttgaa aaataaactt 4387

cgatgaaaaa atctcaaaat caattccaaa tttatggtga aaattttaaa ttttgtctga 4447

taaacataag tataagcaaa aaaaaaagta aagcaatgtc actatgttaa tggtattggt 4507

atatatacct ttgagtttct gtctgtactt taggagtaca tgctacgaac atgttttctt 4567

ggcttctatt tcgttggaat tacttgcgta ttgtgggcca gacgcctggt gaacttcgtc 4627

gattgtgtgg actaattaag ctcacctgaa ataagtggtt gaaaacaagg ctaaagatga 4687

ttttaatcat ggattttggc ttggaaattt ttttgtag g gtt gac gaa ttc atc 4741

Val Asp Glu Phe Ile

60

gga aga act cct gat cca ttc ata acg at gtatggattt tcaggtcgag 4790

Gly Arg Thr Pro Asp Pro Phe Ile Thr Ile

65 70

aatttgtctt taacttcgca cgactgttat tttttttctt attaattctc tgtttacaag 4850

cag t tca tcg gag aag cga agt cat gat cat tct cac cac ttc ttg aag 4899

Ser Ser Glu Lys Arg Ser His Asp His Ser His His Phe Leu Lys

75 80 85

aag ttt cg gtactcactt cattcccgga tcttaatgta tatatgcata 4947

Lys Phe Arg

tctgcactgt gctaattggt gtacacatta tgtgatcatc agtccaagtt aattattact 5007

tacaaaactg aactaataaa cactagaaaa tatgtaactt gcaaagtaca tattgaatca 5067

gggattcata tatagaactc cacctgcaga tttcttccaa tatatatatg ctgtcaccat 5127

gttttcactt gtcacctagt acacctttga ctgggagact ttccttgatg atcgacgtgg 5187

tcatattctt cagattgatt taatttcaga tagaaaaaaa tattgtttac ttagtttctc 5247

tccttcagta agagagatgt gcaagaccag cgatcaaact atatgaactg ttcgtttcat 5307

gataaaaaaa acatgatatg gaataactag gtgattcaac atataatggc tgataatccc 5367

tcgtttcagg agataccatc agttttctac ttttctactt ttctccatgt tctctttttc 5427

atgtttgagg tggatcggag cttgtattag atgtttgctc agctcaatta ttgctgcaga 5487

tttccctata tagcctccac tgtatatata ctccctccga ttccataatt taatgatatt 5547

ttgaacaatg acgctgtctc caaaatatat ctttcacttt gttttcctat tataatatat 5607

acaataaaaa aaatacatat ttacttttct tataaatagt ttcaaagaca aatctatata 5667

tgttgttata taactctttt aaactaaata tttttaaagt tatagtcaaa gttacaaaag 5727

ttggacctca aacatgtata aaacgtcgag aattgtatat ctgatcaacc aataatttgt 5787

agtgcattgt cttaaaaaaa ttgcatttct agctatgtat ctagataatt acaagaacca 5847

ggtgaaatca cattttattt ttactggacc acgaactcat tgtttaatta cttccagcct 5907

tgcactaaat aacaataatt gaacctggca tcacctgcac aattaatttg gacacaaagt 5967

aaacatgaat gcaacatact tcgtttcata ttgtttgttg gtgtaggatt taaattttgt 6027

gtcaaaatac ttgccgttct tactacattc ttaagcactt tgagaactaa ccttctcttc 6087

ctacccttca tcaatacagt catactaact aattggctct tatgccttga aaaactaatt 6147

aggatgtatt taatgagggt aaccatgtaa tctgccacca gtgaatgcaa ttttggttca 6207

aaatttcggg cccccgccct aaaaagtcat tatctcgata gaattttttt gaatttagtc 6267

aaaatttatt caaatttagc caaattgtgt taaatttcaa ataatttcag tctaaaaagt 6327

gctgaaaatc ccgaaattta ggttctaccg aaatggccgg aaattttcag cgaaaatcaa 6387

acatgaaaac cttgtctgcc acatttgtta gtttgtgtaa agatttgcta gaacgataag 6447

taatttgaag cggatgtata ttatatatcc cacaaaacca tcaacttgtt aattacatgt 6507

atatttgtgc atgatgcttt caccactttg tggttgttaa cgattaaatc acacgtttta 6567

ttttctcaca g c tgt ttg tgc aga gca agt gcg tgc tgc ctc agc tac 6615

Cys Leu Cys Arg Ala Ser Ala Cys Cys Leu Ser Tyr

95 100

ctc tcc tgg atc tgc tgc tgc agc agc gcc gcc ggc ggc tgc tca tcc 6663

Leu Ser Trp Ile Cys Cys Cys Ser Ser Ala Ala Gly Gly Cys Ser Ser

105 110 115

tcc tcc tcc tcc tcc ttc aac ctc aag agg ccg agc tgc tgc tgc aac 6711

Ser Ser Ser Ser Ser Phe Asn Leu Lys Arg Pro Ser Cys Cys Cys Asn

120 125 130

tgc aac tgc aac tgc tgc tcc tcc tcc tcc tcc tca tgt ggg gcg gcg 6759

Cys Asn Cys Asn Cys Cys Ser Ser Ser Ser Ser Ser Cys Gly Ala Ala

135 140 145 150

tta acg aag agt ccg tgt cgc tgc cgc cgc cgc agc tgc tgc tgc cgt 6807

Leu Thr Lys Ser Pro Cys Arg Cys Arg Arg Arg Ser Cys Cys Cys Arg

155 160 165

cgc tgc tgc tgc ggc ggc gtc ggc gtc cgc gcg tgc gcg agc tgc agc 6855

Arg Cys Cys Cys Gly Gly Val Gly Val Arg Ala Cys Ala Ser Cys Ser

170 175 180

tgc tcc ccg ccg tgc gcg tgc tgc gcg ccg ccg tgc gcg gga tgc tcg 6903

Cys Ser Pro Pro Cys Ala Cys Cys Ala Pro Pro Cys Ala Gly Cys Ser

185 190 195

tgc cgc tgc acc tgc ccg tgc ccg tgc ccc ggc ggc tgc tcc tgc gcg 6951

Cys Arg Cys Thr Cys Pro Cys Pro Cys Pro Gly Gly Cys Ser Cys Ala

200 205 210

tgc ccg gcg tgc agg tgc tgc tgc ggc gtc cct cgt tgc tgc ccc ccc 6999

Cys Pro Ala Cys Arg Cys Cys Cys Gly Val Pro Arg Cys Cys Pro Pro

215 220 225 230

tgc ttg tga tcgatcgatc gattgagcga agctgcactg attggttaat 7048

Cys Leu

taattagttc tcgatgatga tcgatcgagc tgcgcgcgta cttaattagc tagctaggtt 7108

ctggtgttaa ttagttcctc atcgatgcat atgttgattg ccttgctctg cttgcggtta 7168

tctgtaattt ggctttgctg ccatgatgag tacgtgattg ctgatttatt ttacatatcc 7228

tctgctatat atatctagct ggtagtagct agttttgatc tcacttgcaa aactattcat 7288

ttcctgattt taacaaggtc aaatgacttg gttgcctttg gttcatactc cttagagcaa 7348

gtataaaggt ttatatggag gagagaggta acaaaaaaaa atcaagagta ttggctctca 7408

tgcgagagct agcttatcac aagctacaaa tcaaatatat taaatgtata agtaagagat 7468

agagagagga ataaaattat agctaacctt ataggtaatg tattatatat gttaatttta 7528

aaataagcta atagtaaaaa gtgagcttta ttattatcct tgctcttagt aatggcctcg 7588

attcctacat tttttttttg agagagtagt acatattttc gcagcgtaat atggacattg 7648

gccgacgggc ctaactatta ctgggtctaa gtgcctaact gagctaaaag ccttaaaccc 7708

aatactgaaa acgaaaaagt tcactccggg tccctcatct tgtcgacggg ttttaaaatc 7768

atcattgaac cggaatacgc attcccaatc tttcaaaacc ggatcacact aggtctaagg 7828

cagtattgct cccgattttg gctgatatgg tggttgagtc agcgtgagac acaca 7883

<210>2

<211>699

<212>DNA

<213>水稻(Oryza sativa)

<220>

<221>CDS

<222>(1)..(699)

<223>

<400>2

atg gca atg gcg gcg gcg ccc cgg ccc aag tcg ccg ccg gcg ccg ccc 48

Met Ala Met Ala Ala Ala Pro Arg Pro Lys Ser Pro Pro Ala Pro Pro

1 5 10 15

gac cca tgc ggc cgc cac cgc ctc cag ctc gcc gtc gac gcg ctc cac 96

Asp Pro Cys Gly Arg His Arg Leu Gln Leu Ala Val Asp Ala Leu His

20 25 30

cgc gag atc gga ttc ctc gag ggt gaa ata aat tca atc gaa ggg atc 144

Arg Glu Ile Gly Phe Leu Glu Gly Glu Ile Asn Ser Ile Glu Gly Ile

35 40 45

cac gct gcc tcc aga tgc tgc aga gag gtt gac gaa ttc atc gga aga 192

His Ala Ala Ser Arg Cys Cys Arg Glu Val Asp Glu Phe Ile Gly Arg

50 55 60

act cct gat cca ttc ata acg att tca tcg gag aag cga agt cat gat 240

Thr Pro Asp Pro Phe Ile Thr Ile Ser Ser Glu Lys Arg Ser His Asp

65 70 75 80

cat tct cac cac ttc ttg aag aag ttt cgc tgt ttg tgc aga gca agt 288

His Ser His His Phe Leu Lys Lys Phe Arg Cys Leu Cys Arg Ala Ser

85 90 95

gcg tgc tgc ctc agc tac ctc tcc tgg atc tgc tgc tgc agc agc gcc 336

Ala Cys Cys Leu Ser Tyr Leu Ser Trp Ile Cys Cys Cys Ser Ser Ala

100 105 110

gcc ggc ggc tgc tca tcc tcc tcc tcc tcc tcc ttc aac ctc aag agg 384

Ala Gly Gly Cys Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Phe Asn Leu Lys Arg

115 120 125

ccg agc tgc tgc tgc aac tgc aac tgc aac tgc tgc tcc tcc tcc tcc 432

Pro Ser Cys Cys Cys Asn Cys Asn Cys Asn Cys Cys Ser Ser Ser Ser

130 135 140

tcc tca tgt ggg gcg gcg tta acg aag agt ccg tgt cgc tgc cgc cgc 480

Ser Ser Cys Gly Ala Ala Leu Thr Lys Ser Pro Cys Arg Cys Arg Arg

145 150 155 160

cgc agc tgc tgc tgc cgt cgc tgc tgc tgc ggc ggc gtc ggc gtc cgc 528

Arg Ser Cys Cys Cys Arg Arg Cys Cys Cys Gly Gly Val Gly Val Arg

165 170 175

gcg tgc gcg agc tgc agc tgc tcc ccg ccg tgc gcg tgc tgc gcg ccg 576

Ala Cys Ala Ser Cys Ser Cys Ser Pro Pro Cys Ala Cys Cys Ala Pro

180 185 190

ccg tgc gcg gga tgc tcg tgc cgc tgc acc tgc ccg tgc ccg tgc ccc 624

Pro Cys Ala Gly Cys Ser Cys Arg Cys Thr Cys Pro Cys Pro Cys Pro

195 200 205

ggc ggc tgc tcc tgc gcg tgc ccg gcg tgc agg tgc tgc tgc ggc gtc 672

Gly Gly Cys Ser Cys Ala Cys Pro Ala Cys Arg Cys Cys Cys Gly Val

210 215 220

cct cgt tgc tgc ccc ccc tgc ttg tga 699

Pro Arg Cys Cys Pro Pro Cys Leu

225 230

<210>3

<211>232

<212>PRT

<213>水稻(Oryza sativa)

<400>3

Met Ala Met Ala Ala Ala Pro Arg Pro Lys Ser Pro Pro Ala Pro Pro

1 5 10 15

Asp Pro Cys Gly Arg His Arg Leu Gln Leu Ala Val Asp Ala Leu His

20 25 30

Arg Glu Ile Gly Phe Leu Glu Gly Glu Ile Asn Ser Ile Glu Gly Ile

35 40 45

His Ala Ala Ser Arg Cys Cys Arg Glu Val Asp Glu Phe Ile Gly Arg

50 55 60

Thr Pro Asp Pro Phe Ile Thr Ile Ser Ser Glu Lys Arg Ser His Asp

65 70 75 80

His Ser His His Phe Leu Lys Lys Phe Arg Cys Leu Cys Arg Ala Ser

85 90 95

Ala Cys Cys Leu Ser Tyr Leu Ser Trp Ile Cys Cys Cys Ser Ser Ala

100 105 110

Ala Gly Gly Cys Ser Ser Ser Ser Ser Ser Ser Phe Asn Leu Lys Arg

115 120 125

Pro Ser Cys Cys Cys Asn Cys Asn Cys Ash Cys Cys Ser Ser Ser Ser

130 135 140

Ser Ser Cys Gly Ala Ala Leu Thr Lys Ser Pro Cys Arg Cys Arg Arg

145 150 155 160

Arg Ser Cys Cys Cys Arg Arg Cys Cys Cys Gly Gly Val Gly Val Arg

165 170 175

Ala Cys Ala Ser Cys Ser Cys Ser Pro Pro Cys Ala Cys Cys Ala Pro

180 185 190

Pro Cys Ala Gly Cys Ser Cys Arg Cys Thr Cys Pro Cys Pro Cys Pro

195 200 205

Gly Gly Cys Ser Cys Ala Cys Pro Ala Cys Arg Cys Cys Cys Gly Val

210 215 220

Pro Arg Cys Cys Pro Pro Cys Leu

225 230

Claims

1、一种分离克隆的控制水稻谷粒粒长和粒重性状的主效基因GS3，它的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示。

2、权利要求1的所述的基因，它的cDNA序列如序列表SEQ ID NO：2所示。

3、权利要求1或2所述的基因在水稻育种中的应用。