CN106544355B

CN106544355B - 调节植物花序形态和籽粒数目的基因及其应用

Info

Publication number: CN106544355B
Application number: CN201510597915.XA
Authority: CN
Inventors: 薛红卫; 张花; 付芳芳
Original assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Current assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN106544355A

Abstract

本发明涉及调节植物花序形态和籽粒数目的基因及其应用。具体而言，本发明提供RSR1蛋白和/或其编码基因在调节植物花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量中的应用，或作为鉴定植物籽粒重量、植物籽粒数目、植物花序分枝数目的分子标记的应用。本发明还提供调节植物的花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量的方法，或制备花序分枝数目增加、和/或籽粒重量提高和/或籽粒数目增加的植物的方法，包括：调节该植物中RSR1蛋白或其同源蛋白的表达。本发明首次发现RSR1基因对水稻穗部形态和籽粒数目的调控作用，还与水稻产量密切相关。因此，利用基因工程的方法将RSR1基因应用于植物的培育中，可提高水稻产量。

Description

调节植物花序形态和籽粒数目的基因及其应用

技术领域

本发明属于植物学和基因工程领域，更具体地，本发明涉及调节植物花序形态，籽粒数目及籽粒重量的基因及其应用。

背景技术

水稻产量由每穗粒数、有效穗数、千粒重和结实率等因素构成。稻穗是水稻产量的最终体现部位，其穗部性状在产量构成中占有重要地位。穗部性状主要包括穗型、穗长、穗弯曲度、每穗粒数、着粒密度与枝梗数目等。在水稻育种中，穗型的改良对水稻产量的提高发挥了重要作用，并一直是高产品种选育的重要指标之一。目前生产应用的大部分高产品种具有的典型的特征就是穗粒数显著增多。穗粒数增多的原因主要是因为稻穗上的一次枝梗和二次枝梗数目增多，籽粒着生密度大。提高穗粒数对选育高产品种来说十分重要。

随着功能基因组学研究的不断深入，影响水稻穗粒数的一些重要基因已经相继被定位和克隆。比如Dn1/OsCKX2，IPA1/OsSPL14，DEP1，LP1等。它们有的参与调控穗发育过程中激素水平的调节，有的参与调控腋生分生组织的起始，有些直接影响部分穗部形状的改变，如枝梗及穗长。由于穗粒数受多种因素影响，是否还存在其它调控基因，以及它们与已知基因的关系等还需要更多的研究。

因此，阐明穗粒数调控的遗传基础和分子机制对于获得更高产的品种具有十分重要的意义。本申请分析了水稻淀粉调节因子1(RSR1)的另一种生物学功能，即其如何参与水稻穗部性状的调控。该基因属于AP2家族中euAP2分支，该分支在水稻中包含5个基因，其中一个基因报道参与控制小穗分生组织向花分生组织的转变，该分支在其他物种的同源基因也有一些报道，大多为参与调控花器官的发育或命运决定，及开花时间等，并未有对穗粒数调控的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节植物花序形态，增加植物籽粒数目和籽粒重量的基因及其应用。

本发明第一方面提供RSR1蛋白和/或其编码基因在调节植物花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量中的应用，或作为鉴定植物籽粒重量、植物籽粒数目、植物花序分枝数目的分子标记的应用。

在一个具体实施方式中，所述植物为禾本科植物、茄科植物或大戟科植物。

在一个具体实施方式中，所述植物为禾本科植物。

在一个具体实施方式中，所述植物为水稻。

在一个具体实施方式中，所述编码基因以包含在表达载体中的方式应用于调节植物花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量。

在一个具体实施方式中，所述编码基因以包含在农杆菌中的方式应用于调节植物花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量。

因此，在一个具体实施方式中，本发明提供包含RSR1蛋白的编码基因的表达载体在调节植物花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量中的应用。

在另一个具体实施方式中，本发明提供包含含RSR1蛋白的编码基因的表达载体的农杆菌在调节植物花序形态、籽粒数目和/或籽粒重量中的应用。

在一个具体实施方式中，所述调节为提高所述植物中所述RSR1蛋白的表达，从而增加花序分枝数目，和/或提高籽粒重量，和/或增加籽粒数目。

在一个具体实施方式中，所述表达载体含有增强所述RSR1蛋白的编码基因表达的启动子和/或增强子。

在一个具体实施方式中，所述启动子选自35s启动子、水稻Ubi启动子和玉米Ubi启动子。

在一个具体实施方式中，所述增强子选自水稻waxy基因第一内含子和Actin基因第一内含子。

在一个具体实施方式中，所述农杆菌为根癌农杆菌。

在一个具体实施方式中，所述RSR1蛋白选自下组：

(a)如SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列的蛋白；

(b)将SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或

(c)与(a)限定的蛋白序列有90％以上同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。

在一个具体实施方式中，所述RSR1蛋白的编码基因包含如下序列：SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2。

在一个具体实施方式中，若经检测植物组织中RSR1蛋白表达高于一个特定值，则相对而言，所述植物的籽粒重量高、籽粒数目增多和/或花序形态改变。其中，除非另外说明，所述的“特定值”是指未转入RSR1的编码序列的植物中RSR1蛋白表达量的平均值。

本发明第二方面提供一种调节植物的花序形态，籽粒数目和/或籽粒重量的方法，或一种制备花序分枝数目增加、和/或籽粒重量提高和/或籽粒数目增加的植物的方法，所述方法包括：调节该植物中RSR1蛋白或其同源蛋白的表达。

在一个具体实施方式中，所述植物为禾本科植物。

在一个具体实施方式中，所述植物为水稻。

在一个具体实施方式中，所述方法包括：所述调节为提高所述植物中所述RSR1蛋白的表达，从而增加花序分枝数目，和/或提高籽粒重量，和/或增加籽粒数目。

在一个具体实施方式中，所述方法包括：将编码RSR1蛋白的多核苷酸转入植物细胞、组织、器官或种子，获得转化入所述多核苷酸的植物细胞、组织、器官或种子。

在一个具体实施方式中，所述方法包括：

(S1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有编码RSR1蛋白的多核苷酸；和

(S2)将植物的细胞或组织或器官与步骤(S1)中的农杆菌接触，从而使所述的多核苷酸转入植物细胞、组织、器官或种子。

在一个具体实施方式中，所述方法还包括：

(S3)将转入了所述多核苷酸的植物细胞、组织、器官或种子繁育成植株。

在一个具体实施方式中，所述RSR1蛋白选自下组：

(a)如SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列的蛋白；

在一个具体实施方式中，所述RSR1的编码基因包含如下序列：SEQ ID NO:1或SEQID NO:2。

本发明还提供一种提高RSR1蛋白表达的物质的用途，其特征在于，用于：

提高籽粒重量；和/或

增加籽粒数目；和/或

增加花序分枝数目。

在一个具体实施方式中，所述物质为含RSR1蛋白的编码序列的表达载体。

在一个具体实施方式中，所述物质为农杆菌。

在一个具体实施方式中，所述农杆菌为根癌农杆菌。

在一个具体实施方式中，所述RSR1蛋白选自下组：

(a)如SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列的蛋白；

本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

附图说明

图1为4个RSR1基因过量表达转基因株系的表达鉴定和遗传材料确认。A：qRT-PCR分析RSR1在4个转基因植株萌发后40天叶片中的表达量，以Actin1为内参基因，数据为3次试验的平均值。B：Southern Blotting验证4个转基因植株的T-DNA插入拷贝数。叶片gDNA分别用如图所示的内切酶酶切，地高辛标记的潮霉素探针用于信号检测。

图2为4个RSR1基因过量表达转基因植株穗部形态。与野生型相比，RSR1基因过量表达转基因植株枝梗数及穗粒数显著增加。

具体实施方式

本发明人经过深入的研究，发现RSR1基因对水稻穗粒数及一次枝梗数目起到了正向的调节作用，还与植物籽粒重量密切相关。因此，可以将RSR1基因应用于植物的培育中，选育出穗粒数增加的高产品种。

如本文所用，所述的“植物”包括但不限于：禾本科植物、茄科植物、大戟科植物等。优选地，所述植物为农作物。更优选地，所述植物禾本科作物，例如燕麦属、大麦属、稻属、小麦属、玉米属、高粱属或黑麦属作物，包括但不限于水稻、小麦、玉米、番茄等。

如本文所用，“分离的”是指物质从其原始环境中分离出来(如果是天然的物质，原始环境即是天然环境)。如活体细胞内的天然状态下的多聚核苷酸和多肽是没有分离纯化的，但同样的多聚核苷酸或多肽如从天然状态中同存在的其他物质中分开，则为分离纯化的。

本发明中，籽粒重量“提高”、籽粒数目“增加”以及花序分枝数目“增加”是指相对于野生型植物(即未调节RSR1表达的对照植物)的籽粒重量、籽粒数目以及花序分枝数目而言。

如本文所用，“分离的RSR1蛋白”或“分离的RSR1多肽”是指RSR1蛋白基本上不含天然与其相关的其它蛋白、脂类、糖类或其它物质。本领域的技术人员能用标准的蛋白质纯化技术纯化RSR1蛋白。基本上纯的多肽在非还原聚丙烯酰胺凝胶上能产生单一的主带。

本发明的多肽可以是重组多肽、天然多肽、合成多肽。本发明的多肽可以是天然纯化的产物，或是化学合成的产物，或使用重组技术从原核或真核宿主(例如，细菌、酵母、高等植物、昆虫和哺乳动物细胞)中产生。根据重组生产方案所用的宿主，本发明的多肽可以是糖基化的，或可以是非糖基化的。本发明的多肽还可包括或不包括起始的甲硫氨酸残基。

本发明还包括RSR1蛋白的片段、衍生物和类似物。如本文所用，术语“片段”、“衍生物”和“类似物”是指基本上保持本发明的RSR1蛋白相同的生物学功能或活性的多肽。本发明的多肽片段、衍生物或类似物可以是(i)有一个或多个保守或非保守性氨基酸残基(优选保守性氨基酸残基)被取代的多肽，而这样的取代的氨基酸残基可以是也可以不是由遗传密码编码的，或(ii)在一个或多个氨基酸残基中具有取代基团的多肽，或(iii)成熟多肽与另一个化合物(比如延长多肽半衰期的化合物，例如聚乙二醇)融合所形成的多肽，或(iv)附加的氨基酸序列融合到此多肽序列而形成的多肽(如前导序列或分泌序列或用来纯化此多肽的序列或蛋白原序列，或融合蛋白)。根据本文的定义这些片段、衍生物和类似物属于本领域熟练技术人员公知的范围。

任何一种RSR1蛋白的生物活性片段都可以应用到本发明中。在这里，RSR1蛋白的生物活性片段的含义是指作为一种多肽，其仍然能保持全长的RSR1蛋白的全部或部分功能。通常情况下，所述的生物活性片段至少保持50％的全长RSR1蛋白的活性。在更优选的条件下，所述活性片段能够保持全长RSR1蛋白的60％、70％、80％、90％、95％、99％、或100％的活性。

在本发明中，术语“RSR1蛋白”指具有RSR1蛋白活性的SEQ ID NO:3序列的多肽。该术语还包括具有与RSR1蛋白相同功能的、SEQ ID NO:3序列的变异形式。这些变异形式包括(但并不限于)：若干个(通常为1-50个，较佳地1-30个，更佳地1-20个，最佳地1-10个，还更佳如1-8个、1-5个)氨基酸的缺失、插入和/或取代，以及在C末端和/或N末端添加一个或数个(通常为20个以内，较佳地为10个以内，更佳地为5个以内)氨基酸。例如，在本领域中，用性能相近或相似的氨基酸进行取代时，通常不会改变蛋白质的功能。又比如，在C末端和/或N末端添加一个或数个氨基酸通常也不会改变蛋白质的功能。该术语还包括RSR1蛋白的活性片段和活性衍生物。

多肽的变异形式包括：同源序列、保守性变异体、等位变异体、天然突变体、诱导突变体、在高或低的严紧度条件下能与RSR1蛋白DNA杂交的DNA所编码的蛋白、以及利用抗RSR1蛋白的抗血清获得的多肽或蛋白。本发明还提供了其他多肽，如包含RSR1蛋白或其片段的融合蛋白。

任何与所述的RSR1蛋白(例如SEQ ID NO:3所示的序列)的同源性高(如70％或更高；优选的，同源性为80％或更高；更优选的，同源性为90％或更高，如同源性95％或更高，98％或更高，99％或更高)的、且具有RSR1蛋白相同功能的蛋白也包括在本发明内。作为示例性的例子，这类蛋白包括但不限于来自Genbank登陆号为CM000130.1的来自Oryzasativa Indica Group的OsI_18248蛋白(与SEQ ID NO:3的序列同源性为98％)、以及XP010231785.1(Brachypodium distachyon)(与SEQ ID NO:3的序列同源性为72％)。

因此，优选的是，本发明使用来自水稻属的RSR1蛋白。优选的，这类蛋白与SEQ IDNO:3的序列同源性在95％以上。

发明还提供RSR1蛋白或多肽的类似物。这些类似物与天然RSR1蛋白的差别可以是氨基酸序列上的差异，也可以是不影响序列的修饰形式上的差异，或者兼而有之。这些多肽包括天然或诱导的遗传变异体。诱导变异体可以通过各种技术得到，如通过辐射或暴露于诱变剂而产生随机诱变，还可通过定点诱变法或其他已知分子生物学的技术。类似物还包括具有不同于天然L-氨基酸的残基(如D-氨基酸)的类似物，以及具有非天然存在的或合成的氨基酸(如β、γ-氨基酸)的类似物。应理解，本发明的多肽并不限于上述例举的代表性的多肽。

修饰(通常不改变一级结构)形式包括：体内或体外的多肽的化学衍生形式如乙酰化或羧基化。修饰还包括糖基化。修饰形式还包括具有磷酸化氨基酸残基(如磷酸酪氨酸，磷酸丝氨酸，磷酸苏氨酸)的序列。还包括被修饰从而提高了其抗蛋白水解性能或优化了溶解性能的多肽。

在本发明中，“RSR1蛋白保守性变异多肽”指与SEQ ID NO:3的氨基酸序列相比，有至多20个，较佳地至多10个，更佳地至多5个，最佳地至多3个氨基酸被性质相似或相近的氨基酸所替换而形成多肽。这些保守性变异多肽最好根据表1进行氨基酸替换而产生。

表1

氨基酸残基	代表性的取代	优选的取代
			Ala(A)	Val；Leu；Ile	Val
Arg(R)	Lys；Gln；Asn	Lys
			Asn(N)	Gln；His；Lys；Arg	Gln
Asp(D)	Glu	Glu
			Cys(C)	Ser	Ser
Gln(Q)	Asn	Asn
			Glu(E)	Asp	Asp
Gly(G)	Pro；Ala	Ala
			His(H)	Asn；Gln；Lys；Arg	Arg
Ile(I)	Leu；Val；Met；Ala；Phe	Leu
			Leu(L)	Ile；Val；Met；Ala；Phe	Ile
Lys(K)	Arg；Gln；Asn	Arg
			Met(M)	Leu；Phe；Ile	Leu
Phe(F)	Leu；Val；Ile；Ala；Tyr	Leu
			Pro(P)	Ala	Ala
Ser(S)	Thr	Thr
			Thr(T)	Ser	Ser
Trp(W)	Tyr；Phe	Tyr
			Tyr(Y)	Trp；Phe；Thr；Ser	Phe
Val(V)	Ile；Leu；Met；Phe；Ala	Leu

本发明还涉及编码本发明RSR1蛋白或其保守性变异多肽的多核苷酸序列。所述的多核苷酸可以是DNA形式或RNA形式。DNA形式包括cDNA、基因组DNA或人工合成的DNA。DNA可以是单链的或是双链的。DNA可以是编码链或非编码链。编码成熟多肽的编码区序列可以与SEQ ID NO:1或SEQ ID NO:2所示的编码区序列相同或者是简并的变异体。如本文所用，“简并的变异体”在本发明中是指编码具有SEQ ID NO:3的蛋白质，但与SEQ ID NO:1或SEQ IDNO:2所示的编码区序列有差别的核酸序列。

编码SEQ ID NO:3的成熟多肽的多核苷酸包括：只编码成熟多肽的编码序列；成熟多肽的编码序列和各种附加编码序列；成熟多肽的编码序列(和任选的附加编码序列)以及非编码序列。

术语“编码多肽的多核苷酸”可以是包括编码所述多肽的多核苷酸，也可以是还包括附加编码和/或非编码序列的多核苷酸。

本发明还涉及上述多核苷酸的变异体，其编码与本发明有相同的氨基酸序列的多肽或多肽的片段、类似物和衍生物。此多核苷酸的变异体可以是天然发生的等位变异体或非天然发生的变异体。这些核苷酸变异体包括取代变异体、缺失变异体和插入变异体。如本领域所知的，等位变异体是一个多核苷酸的替换形式，它可能是一个或多个核苷酸的取代、缺失或插入，但不会从实质上改变其编码的多肽的功能。

本发明还涉及与上述的序列杂交且两个序列之间具有至少50％，较佳地至少70％，更佳地至少80％相同性的多核苷酸。本发明特别涉及在严格条件下与本发明所述多核苷酸可杂交的多核苷酸。在本发明中，“严格条件”是指:(1)在较低离子强度和较高温度下的杂交和洗脱，如0.2×SSC，0.1％SDS，60℃；或(2)杂交时加有变性剂，如50％(v/v)甲酰胺，0.1％小牛血清/0.1％Ficoll，42℃等；或(3)仅在两条序列之间的相同性至少在90％以上，更好是95％以上时才发生杂交。并且，可杂交的多核苷酸编码的多肽与SEQ ID NO:3所示的成熟多肽有相同的生物学功能和活性。

本发明还涉及与上述的序列杂交的核酸片段。如本文所用，“核酸片段”的长度至少含15个核苷酸，较好是至少30个核苷酸，更好是至少50个核苷酸，最好是至少100个核苷酸以上。核酸片段可用于核酸的扩增技术(如PCR)以确定和/或分离编码RSR1蛋白的多聚核苷酸。

应理解，虽然本发明的RSR1基因优选获自禾本科植物，但是获自其它植物的与水稻RSR1基因(尤其是例如SEQ ID NO:1或2)高度同源(如具有80％以上，如85％以上、90％以上、95％以上、甚至98％以上的序列相同性)的其它基因也在本发明考虑的范围之内。比对序列相同性的方法和工具也是本领域周知的，例如BLAST。最优选的是，使用来自水稻属的RSR1基因。这类基因与SEQ ID NO:1或2具有至少95％以上的序列相同性。

本发明的RSR1蛋白核苷酸全长序列或其片段通常可以用PCR扩增法、重组法或人工合成的方法获得。对于PCR扩增法，可根据本发明所公开的有关核苷酸序列，尤其是开放阅读框序列来设计引物，并用市售的cDNA库或按本领域技术人员已知的常规方法所制备的cDNA库作为模板，扩增而得有关序列。当序列较长时，常常需要进行两次或多次PCR扩增，然后再将各次扩增出的片段按正确次序拼接在一起。

本发明也涉及包含所述的多核苷酸的载体，以及用所述的载体或RSR1蛋白编码序列经基因工程产生的宿主细胞。

本发明中，RSR1蛋白多核苷酸序列可插入到重组表达载体中。术语“重组表达载体”指本领域熟知的细菌质粒、噬菌体、酵母质粒、植物细胞病毒、哺乳动物细胞病毒或其他载体。总之，只要能在宿主体内复制和稳定，任何质粒和载体都可以用。表达载体的一个重要特征是通常含有复制起点、启动子、标记基因和翻译控制元件。

包含上述的适当DNA序列以及适当启动子或者控制序列的载体，可以用于转化适当的宿主细胞，以使其能够表达蛋白质。宿主细胞可以是原核细胞，如细菌细胞；或是低等真核细胞，如酵母细胞；或是高等真核细胞，如植物细胞。代表性例子有：大肠杆菌，链霉菌属、农杆菌；真菌细胞如酵母；植物细胞等。

所述的多核苷酸在高等真核细胞中表达时，如果在载体中插入增强子序列时将会使转录得到增强。增强子是DNA的顺式作用因子，通常大约有10到300个碱基对，作用于启动子以增强基因的转录。

本领域一般技术人员都清楚如何选择适当的载体、启动子、增强子和宿主细胞。

用重组DNA转化宿主细胞可用本领域技术人员熟知的常规技术进行。转化植物可使用农杆菌转化或基因枪转化等方法，例如喷洒法、叶盘法、水稻幼胚转化法等。对于转化的植物细胞、组织或器官可以用常规方法再生成植株，从而获得淀粉合成代谢性状发生改变的植物。

本发明提供了所述的RSR1蛋白或其编码基因的用途，用于调节植物花序形态；或用于增加植物籽粒数目，提高植物籽粒重量。作为一种优选方式，所述的RSR1蛋白可用于：用于调节植物花序形态；或用于增加植物籽粒数目，提高植物籽粒重量。

本发明还涉及RSR1的激动剂及其用途。由于RSR1的激动剂可调节RSR1的表达和/或调节RSR1的活性等，因此，所述的RSR1的激动剂也可通过对RSR1的影响来调节植物花序形态，增加植物籽粒数目，从而达到提高植物籽粒重量的目的。

任何可提高RSR1蛋白的活性、提高RSR1蛋白的稳定性、促进RSR1蛋白的表达、延长RSR1蛋白有效作用时间、或促进RSR1的转录和翻译的物质均可用于本发明，作为可用于调节植物花序形态，增加植物籽粒数目，提高籽粒重量的物质。所述的促进剂、激活剂或稳定剂可用于调节植物花序形态，增加植物籽粒数目，提高籽粒重量。在得知了靶序列后，制备过量表达基因的分子的方法是本领域人员熟知的。

本发明还涉及一种改良植物的方法，该方法包括促进所述植物中RSR1蛋白的表达。

本发明提供了一种调节植物花序形态，增加植物籽粒数目，提高籽粒重量的方法，所述的方法包括：使所述植物过量表达RSR1蛋白。

在得知了所述的RSR1蛋白的用途后，可以采用本领域人员熟知的多种方法来调节所述的RSR1蛋白的表达。比如可通过本领域人员已知的途径将携带RSR1基因的表达单位(比如表达载体或病毒等)递送到靶点上，并使之表达活性的RSR1蛋白。

作为本发明的一种实施方式，将编码RSR1蛋白的基因通过常规的方法克隆到适当的载体中，将所述的带有外源基因的重组载体导入到可表达所述RSR1蛋白的植物细胞中，使所述的植物细胞表达RSR1蛋白。可通过将所述植物细胞再生成植物，获得过量表达RSR1蛋白的植物。

优选的，提供了一种制备转基因植物的方法，包括：

(1)将RSR1蛋白的编码基因转入植物细胞、组织、器官或组织，获得转化入RSR1蛋白的编码基因的植物细胞、组织、器官或种子；和

(2)将步骤(1)获得的转入了RSR1蛋白的编码基因的植物细胞、组织、器官或种子再生成植物植株。

作为一种优选的实例，所述的方法包括步骤：

(s1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有RSR1蛋白的编码基因；

(s2)将植物细胞、组织、器官或种子与步骤(s1)中的农杆菌接触，从而使RSR1蛋白的编码基因转入植物细胞，并且整合到植物细胞的染色体上；

(s3)选择出转入RSR1蛋白的编码基因的植物细胞、组织、器官或种子；以及

(s4)将步骤(s3)中的植物细胞、组织、器官或种子再生成植物。

其它增加RSR1基因或其同源基因表达的方法是本领域周知的。例如，可通过用强启动子驱动从而增强RSR1基因或其同源基因的表达。或者通过增强子(如水稻waxy基因第一内含子、Actin基因第一内含子等)来增强该RSR1基因的表达。适用于本发明方法的强启动子包括但不限于：35s启动子，水稻、玉米的Ubi启动子等。

本发明还包括利用前述任一种方法获得的植物，所述的植物包括：转入了RSR1基因或其同源基因的转基因植物；或者RSR1蛋白表达量增加的植物等。

可采用任何适当的常规手段，包括试剂、温度、压力条件等来实施所述的方法。

此外，本发明还涉及利用RSR1蛋白或其编码基因作为一种基因转化植株后代的追踪标记。本发明还涉及利用RSR1蛋白或其编码基因作为一种分子标记，通过检测植物中RSR1蛋白的表达情况，鉴定禾本科植物的籽粒重量高低、种子籽粒数目和穗部分枝数目。还可利用RSR1基因相关的籽粒重量相关特性作为杂交制种过程中真杂种的指示标记。

此外，本发明还提供筛选可调节植物花序形态，增加植物籽粒数目和籽粒重量的物质方法。在得知了所述的RSR1蛋白的用途后，可以采用本领域熟知的多种方法来筛选调节植物花序形态，籽粒数目及籽粒重量的潜在物质。

在本发明的一种优选方式中，提供一种筛选调节植物花序形态，籽粒数目及籽粒重量的潜在物质的方法，所述的方法包括：将候选物质与表达RSR1蛋白的体系接触，检测候选物质对RSR1蛋白的影响；若所述候选物质可提高RSR1蛋白的表达，或促进RSR1蛋白的活性，则表明其是可用于调节植物花序形态，籽粒数目及籽粒重量。这些初步筛选出的物质可构成一个筛选库，以便于人们最终可以从中筛选出能够对于调节植物花序形态，籽粒数目及籽粒重量有用的物质。

因此，本发明还包括通过所述的筛选方法获得的物质，所述的物质可用于调节植物花序形态，籽粒数目及籽粒重量。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件如Sambrook等人，分子克隆：实验室指南(New York：Cold Spring Harbor LaboratoryPress，1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1、RSR1基因的鉴定

RSR1(rice starch regulator 1)为一个水稻AP2家族的转录因子，其参与了水稻淀粉合成的调控。

所述的RSR1的氨基酸序列如SEQ ID NO:3所示，基因组序列如SEQ ID NO:1所示，编码区序列如SEQ ID NO:2所示。

实施例2、RSR1基因过量表达转基因株系的获得

为了更全面地了解RSR1基因的生理功能，本发明人构建了该基因的正义表达载体，用于转化水稻。将从美国的AGI研究所获得的包含RSR1基因的水稻BAC克隆(OSJNBb0015N12)进行重转化，并提取质粒DNA，用XbaI进行酶切，将产物进行琼脂糖凝胶电泳并切胶回收，获得一段包含RSR1基因启动子及编码区的大约11kb的基因组的片段(具体包括基因起始密码子ATG之前6400bp，基因编码区3404bp和基因终止密码子TGA之后1802bp，经预测，整个片段内并无RSR1之外的其他基因存在)，连入到经同样酶切处理后的pCAMBIA1300双元载体(购自CAMBIA公司)中。采用电击转化方法将双元载体质粒导入根癌农杆菌EHA105，并采用农杆菌介导法(参见Hiei Y,Ohta S,Komari T,Kumashiro T.PlantJ 1994；6:271-282)，对野生型水稻Zhonghua11(获自上海市农业科学院)进行转化。从获得的T0代转基因植株中提取RNA并进行反转录，同样用RSR1基因特异的引物P3(5’-GAT AGCGGC TCC CTT GGC-3’，SEQ ID NO:4)和P4(5’-TGG CTT CTT TCC TTT TTA TCA A-3’，SEQID NO:5)对该基因的表达进行检测，最终获得了4个独立的RSR1基因过量表达的转基因株系pRSR1::RSR1-ox(1-4)(图1A)。4个T0代植株收种后进行扩繁，并将T2代的种子分别单株收种，每个单株的种子取30粒，在含潮霉素(30mg/L)的水中进行萌发，全萌发的单株被鉴定为纯系。所得的4个转基因株系的纯系种子，用于后续的表型分析。

为了进一步确认转基因材料的背景，通过DNA杂交技术(Southern Blotting)检测了T-DNA在过量表达材料(ox1-4)中的拷贝数目。这4个遗传材料均为多插入，且插入位置完全不同，适用于下一步的研究和分析(图1B)。

实施例3、RSR1基因过量表达转基因株系穗部性状统计

在正常的田间种植情况下，RSR1过量表达转基因植株的部分穗部性状发生改变(图2)，主要表现在稻穗的一次枝梗数、二次枝梗数、着粒密度及穗粒数显著增加(表2)。正常野生型ZH11一次枝梗数约为10个，过量表达材料可达15-18个，而二次枝梗数可达野生型的两倍之多。因此主穗总粒数显著提高，在穗长变化不显著的情况下，着粒密度显著增加。

表2：pRSR1::RSR1过量表达转基因植株穗部性状统计

表中数据为平均值±标准偏差，T检验评价显著性差异，0.01<*≤0.05,0.001<**≤0.01,***≤0.001。

实施例4、RSR1基因过量表达转基因株系大田产量测定

鉴于穗部性状对产量的影响，因此本发明人设计了大田小区测产种植。随机取测产田块中50株水稻，统计每株的有效穗数(具有10粒以上实粒数的稻穗才算有效穗)，每株实粒数，单株重量，千粒重等，用50株实际重量比较产量差异。RSR1过量表达的转基因材料均表现出显著的产量增加(表3)。由于每株实粒数的极显著增加，产量增加，增产幅度在10％-38％不等。

表3：pRSR1::RSR1过量表达转基因植株大田产量测定

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。