CN109422803B

CN109422803B - 调节植物粒形、千粒重及穗粒数的基因及其应用

Info

Publication number: CN109422803B
Application number: CN201710771897.1A
Authority: CN
Inventors: 薛红卫; 周时荣
Original assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Current assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: CN109422803A

Abstract

本发明涉及调节植物粒形、千粒重及穗粒数的基因及其应用。本发明揭示了一种新的具有调节禾本科植物的品质及产量性状的功能基因，称为sg2基因，其可以增加种子的粒宽、增加种子的粒长，增加种子的千粒重，实现植物品种改良。下调sg2基因则可以增加植物的每穗种子数。sg2基因可以被应用于植物的培育中，选育出具有特定表型性状和产量性状的品种。

Description

调节植物粒形、千粒重及穗粒数的基因及其应用

技术领域

本发明涉及植物学及基因工程领域，更具体的，本发明涉及一种控制植物粒形、穗粒数及千粒重的基因SG2在植物品种改良方面的应用。

背景技术

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，约30多亿人口以水稻为主食。全世界人口超过21％的热量从水稻中摄入，在东南亚这一比例更是高达76％。人口膨胀和粮食短缺是当今世界面临的重要挑战之一，据估计到2030年，全世界的水稻产量必须增加40％才能适应人口增长的需要。水稻也是中国最重要的粮食作物，中国水稻播种面积在4.6亿亩左右，约占农作物总面积的五分之一，而产量占粮食总产量的40％，水稻生产在保障中国粮食安全上位置十分重要，提高水稻产量对于保障世界以及中国的粮食安全都具有非常重要的意义。

单株水稻的产量由3个部分决定，即：单株穗数，每穗粒数以及千粒重。水稻粒形主要由粒长、粒宽、长宽比以及粒厚等四个指标决定，这四个指标均和千粒重存在一定的相关性。随着人口增长和人民生活水平的提高，市场对优质稻米有更大需求，粮食生产不但要提高品种的产量潜力，更要注重品质的改良。水稻粒形除了与产量密切相关外，还是重要的品质性状，影响稻米外观及市场价值。例如，根据消费者的不同喜好，中国南方、美国以及东南亚的消费者喜欢长粒形的稻米，而中国北方以及日韩的消费者则更喜欢短而圆的稻米。

因此，发掘控制水稻粒形和千粒重的主效基因，针对不同的消费群体选育合适粒形的水稻新品种，是当前遗传学家和育种家们共同关注的焦点，这对提高稻谷产量和稻米市场的竞争力具有重要意义，本领域还亟需进一步地加以研究、开发。

发明内容

本发明的目的在于提供调节植物粒形、千粒重及穗粒数的基因及其应用。

在本发明的第一方面，提供一种改良禾本科植物的品质及产量性状的方法，所述方法包括：调节禾本科植物中SG2多肽的表达。

在一个优选例中，所述的禾本科植物包括：水稻、小麦。

在另一优选例中，所述的SG2多肽选自下组：

(a)如SEQ ID NO:2氨基酸序列的多肽；

(b)将SEQ ID NO:2氨基酸序列经过一个或多个(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；如5个，3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；或

(c)与(a)限定的多肽序列有80％以上同源性(较佳地90％以上，如95％，98％，99％或更高)且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽。

在另一优选例中，所述的调节为上调，所述的品质及产量性状为粒形性状、千粒重性状，包括：增加种子的粒宽；增加种子的粒长；或增加种子的千粒重。

在另一优选例中，所述上调植物中SG2多肽的表达包括：将SG2多肽的编码序列转入植物细胞、组织、器官或种子，从而改良禾本科植物的品质及产量性状。

在另一优选例中，所述的调节为下调，所述的品质及产量性状为：增加禾本科植物的每穗种子数。

在另一优选例中，所述下调SG2多肽的表达包括：下调或敲除禾本科植物中SG2多肽的编码基因，或下调禾本科植物中SG2多肽的表达或活性。

在本发明的另一方面，提供一种SG2多肽或其编码基因或它们的上调剂用途，用于改良禾本科植物的品质及产量性状；所述的品质及产量性状为粒形性状、千粒重性状，包括：增加种子的粒宽；增加种子的粒长；或增加种子的千粒重。

在另一优选例中，所述的上调剂是过量表达所述SG2多肽的过量表达分子(如表达载体)。

在本发明的另一方面，提供一种SG2多肽或其编码基因用途，用于作为鉴定禾本科植物的品质及产量性状的分子标记；所述的品质及产量性状为粒形性状、千粒重性状，包括：增加种子的粒宽；增加种子的粒长；增加种子的千粒重；或每穗种子数。

在本发明的另一方面，提供一种SG2多肽或其编码基因的下调剂用途，用于增加禾本科植物的每穗种子数。

在另一优选例中，所述的禾本科植物包括：水稻、小麦。

在另一优选例中，所述的SG2多肽选自下组：

(a)如SEQ ID NO:2氨基酸序列的多肽；

(c)与(a)限定的多肽序列有80％以上(较佳地90％以上，如95％，98％，99％或更高)同源性且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽。

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、野生型和sg2突变体的比较，可以看到sg2突变体种子显著小于野生型；其中，上图为带颖壳的种子；下图为去除颖壳的糙米。

图2、将野生型的SG2基因转入sg2突变体能够完全互补突变体的小粒表型，图中的C1、C2、C3、C4分别为转基因互补株系。其中，上图为带颖壳的种子的比较结果；下图为各基因型材料粒长和粒宽的统计结果。

图3、在野生型中花11(ZH11)背景中转入SG2基因能够显著提高种子的粒长、粒宽和千粒重，同时显著降低穗粒数，上图中的OE1、OE2、OE3、OE4分别为在野生型中转入SG2的不同株系。

具体实施方式

本发明人经过深入的研究，揭示了一种新的具有调节禾本科植物的品质及产量性状的功能基因，称为sg2基因。sg2基因可以增加种子的粒宽、增加种子的粒长或增加种子的千粒重，实现植物品种改良。下调sg2基因则可以增加植物的每穗种子数。sg2基因可以被应用于植物的培育中，选育出具有特定表型性状和产量性状的品种。

如本文所用，所述的“植物(作物)”可以是：双子叶植物、单子叶植物、或裸子植物；例如是十字花科植物，禾本科植物、茄科植物、大戟科植物等。作为本发明的优选方式，所述的植物是十字花科植物；更佳地所述的植物可以包括但不限于：水稻、小麦、玉米、高粱等以种子作为可食用部位的禾本科植物。

本发明所述的SG2多肽还包括SG2多肽的片段、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SEQ ID NO:2序列的多肽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(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；如5个，3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(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；如5个，3个)氨基酸残基中具有取代基团的多肽，或(iii)附加的氨基酸序列融合到此多肽序列而形成的多肽等。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SG2多肽的生物活性片段都可以应用到本发明中。在这里，SG2多肽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SG2多肽的全部或部分功能。通常情况下，所述的生物活性片段至少保持50％的全长SG2多肽的活性。在更优选的条件下，所述活性片段能够保持全长SG2多肽的60％、70％、80％、90％、95％、99％、或100％的活性。

在本发明中，术语“SG2多肽”指具有SG2多肽活性的SEQ ID NO:2序列的多肽。该术语还包括具有与SG2多肽相同功能的、SEQ ID NO:2序列的变异形式。这些变异形式包括(但并不限于)：若干个(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；如5个，3个)氨基酸的缺失、插入和/或取代，以及在C末端和/或N末端添加或缺失一个或数个(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末端添加或缺失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SG2多肽的活性片段和活性衍生物。

编码SG2多肽或其保守性变异多肽的多核苷酸序列(编码序列)也可以应用到本发明中。编码成熟SG2多肽的编码区序列可以与SEQ ID NO:1所示的序列基本上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:2的蛋白质，但与SEQ ID NO:1所示的编码区序列有差别的核酸序列。

术语“编码基因”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。

上述多核苷酸的变异体也是可用的，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。

应理解，虽然本发明的SG2基因优选获自十字花科植物水稻，但是获自其它植物的与该SG2基因高度同源(如具有80％以上，如85％、90％、95％、甚至98％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。

本发明的SG2多肽的编码序列通常可以用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。此外，还可用人工合成的方法来合成有关序列。

包含所述编码序列的载体，以及用所述的载体或SG2多肽编码序列经基因工程产生的宿主细胞也包括在本发明中。本领域的技术人员熟知的方法能用于构建含SG2多肽编码序列和合适的转录/翻译控制信号的表达载体。这些方法包括体外重组DNA技术、DNA合成技术、体内重组技术等。所述的序列可有效连接到表达载体中的适当启动子上，以指导mRNA合成。包含上述的适当编码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。

宿主细胞通常是植物细胞。转化植物一般可使用农杆菌转化或基因枪转化等方法，例如叶盘法、幼胚转化法等；优选的是农杆菌法。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，从而获得相对于野生型而言性状发生改变的植物。

基于本发明人的新发现，本发明提供了所述的SG2多肽或其编码基因的用途，用于改良植物的品质及产量性状。过表达正义SG2多肽可以增加种子的粒宽、粒长和千粒重。在另一种方式下，敲除sg2基因或沉默(如采用基因干扰的方法)sg2基因(或基因片段)后可增加每穗种子数。因此，可基于SG2多肽对于植物性状的影响作用来改变植物，从而达到根据实际生产需要改良植物品质的目的。较佳地，所述的植物是禾本科植物。

在一种方式下，本发明提供了所述的SG2多肽或其编码基因的用途，用于增加种子的粒宽、粒长和千粒重，或用于制备具有粒宽、粒长和千粒重发生显著性增加的转基因植物。

本发明还涉及SG2多肽或其编码基因的上调剂及其用途。由于SG2的上调剂可提高SG2的表达和/或提高SG2的活性等，因此，所述的SG2的上调剂也可通过对SG2的影响来调节植物性状，从而达到改良植物的目的。任何可提高SG2多肽的活性、提高SG2多肽的稳定性、促进SG2多肽的表达、延长SG2多肽有效作用时间、或促进SG2基因的转录和翻译的物质均可用于本发明，作为可用于增加种子的粒宽、粒长和千粒重的有效物质。

本发明还涉及SG2多肽或其编码基因的下调剂及其用途。任何可下调SG2多肽的活性、下调SG2多肽的稳定性、抑制SG2多肽的表达、减少SG2多肽有效作用时间、或降低sg2基因的转录和翻译的物质均可用于本发明，作为可用于增加每穗种子数的有效物质。

在得知了所述的SG2多肽的用途后，可以采用本领域人员熟知的多种方法来调节所述的SG2多肽的表达。比如可通过一定的途径将携带SG2编码基因的表达单位(比如表达载体或病毒等)递送到靶点上，并使之过表达活性的SG2多肽。

作为本发明的一种实施方式，将SG2多肽的编码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SG2多肽的植物细胞中，使所述的植物细胞表达SG2多肽。可通过将所述植物细胞再生成植物，获得过量表达SG2多肽的植物。优选的，利用农杆菌转化法将SG2多肽的编码基因转入植物中。

如本文所用，所述的正向连接是指：SG2的编码基因与表达载体的连接是正义的连接，即编码基因按照5’→3’的方向连接于载体上。通常，SG2的编码基因位于表达载体中启动子的下游，也即启动子的3’端下游连接该编码基因的5’端。所述的编码基因是可操作性地连接到表达载体上的。所述的“操作性连接”或“可操作地连于”指这样一种状况，即线性DNA序列的某些部分能够调节或控制同一线性DNA序列其它部分的活性。例如，如果启动子控制序列的转录，那么它就是可操作地连于编码序列。

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。其它增加SG2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SG2的表达。或者通过增强子来增强该SG2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。

另一方面，本发明还提供了一种增加每穗种子数的方法，所述的方法包括：降低所述植物中SG2多肽的表达(包括使SG2多肽不表达或低表达)。例如，通过敲除sg2基因，从而下调植物中sg2基因的表达。例如，可采用CRISPR/Cas9系统进行基因编辑，从而敲除sg2基因。合适的sgRNA靶位点，会带来更高的基因编辑效率，所以在着手进行基因编辑前，设计并找到合适的靶位点较为重要。在设计特异性靶位点后，还需要进行活性筛选，以获得有效的靶位点用于后续实验。

此外，本发明还涉及利用SG2多肽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SG2多肽或其编码基因作为一种分子标记，通过检测植物中SG2多肽的表达情况，鉴定植物的品质及产量性状等，特别是可实现在植物种子、芽或幼苗阶段进行鉴定。

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J.萨姆布鲁克等编著，分子克隆实验指南，第三版，科学出版社，2002中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1、SG2基因的分离和鉴定

本发明人通过大规模筛选粳稻品种中花11的T-DNA插入突变体库，意外发现一个株系的突变体粒长相对于野生型显著减少，命名为sg2(图1)。

sg2基因的编码区序列(CDS)如SEQ ID NO:1所示，编码SEQ ID NO:2所示的SG2多肽。

本发明人通过TAIL-PCR扩增T-DNA的旁邻序列，测序并分析发现T-DNA插入在基因LOC_Os06g45540第1内含子中，这提示sg2基因有调控植物的粒形的可能性。

TAIL-PCR扩增所用特异引物为：

NTL1：5’CACTCGTCCGAGGGCAAAGAAATAGA 3’(SEQ ID NO:4)；

NTL2：5’ATAGGGTTTCGCTCATGTGTTGAGC 3’(SEQ ID NO:5)；

NTL3：5’TTTCTAATTCCTAAAACCAAAATCCAGTAC 3’(SEQ ID NO:6)；

TAIL-PCR扩增所用随机简并引物为：AD7：5’-NTC GAS TWT SGW GTT-3’。

TAIL 1的反应体系如下(20μl体系)：

ddH₂O：10μl；

Buffer：2μl；

Mg²⁺：2μl；

dNTP：1.5μl(0.2mM)；

AD7引物：2μl(2μM))；

NTL1引物：1.5μl(0.2μM)；

Taq：0.2μl(0.04U/μl)；

Genomic DNA：1μl。

PCR程序：

Step 1＝4.0℃，2分钟；

Step 2＝93.0℃，1分钟；

Step 3＝95.0℃，1分钟；

Step 4＝94.0℃，30秒；

Step 5＝62.0℃，1分钟；

Step 6＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 7＝返回步骤4，4个循环；

Step 8＝94.0℃，30秒；

Step 9＝25.0℃，3分钟；

Step 10＝每秒提升0.2℃至72.0℃；

Step 11＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 12＝94.0℃，10秒；

Step 13＝68.0℃，1分钟；

Step 14＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 15＝94.0℃，10秒；

Step 16＝68.0℃，1分钟；

Step 17＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 18＝94.0℃，10秒；

Step 19＝44.0℃，1分钟；

Step 20＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 21＝回到12步，14个循环；

Step 22＝72.0℃，5分钟；

Step 23＝4.0℃，For ever；

Step 24＝End。

TAIL 2的反应体系如下(20μl体系)：

ddH₂O：10.2μl；

Buffer：2μl；

Mg²⁺：2μl；

dNTP：1.5μl；

AD7引物：2μl；

NTL2引物：2μl；

Taq：0.2μl(0.03U/ul)；

Genomic DNA：第一轮的PCR产物用枪头蘸一下。

PCR程序：

Step 1＝4.0℃，2分钟；

Step 2＝94.0℃，10秒；

Step 3＝64.0℃，1分钟；

Step 4＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 5＝94.0℃，10秒；

Step 6＝64.0℃，1分钟；

Step 7＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 8＝94.0℃，10秒；

Step 9＝44.0℃，1分钟；

Step 10＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 11＝回到步骤2，11个循环；

Step 12＝72.0℃，5分钟；

Step 13＝4.0℃，For ever；

Step 14＝End。

TAIL 3的反应体系如下(30μl体系)：

ddH2O：18.3μl；

Buffer：3μl；

Mg2+：1.5μl；

dNTP：1.5μl；

AD7primer：3μl；

NTL3primer：3μl；

Taq：0.2μl(0.03U/ul)；

Genomic DNA：第二轮的PCR产物用枪头蘸一下。

PCR程序：

Step 1＝4.0℃，2分钟；

Step 2＝94.0℃，10秒；

Step 3＝44.0℃，1分钟；

Step 4＝72.0℃，2分钟和30秒；

Step 5＝回到步骤2，19个循环；

Step 6＝72.0℃，5分钟；

Step 7＝4.0℃，For ever；

Step 8＝End。

实施例2、在sg2突变体背景中转入SG2基因水稻能够互补突变体的短粒表型

为了进一步验证SG2基因能够调控植物的粒形，本发明人从中国科学院国家基因研究中心购买了含有SG2基因的BAC克隆(克隆号为OsJNBa0010E02)。

1、pCAMBIA2300-SG2重组表达载体的构建

利用NheI和SacI酶切BAC克隆，回收7776-bp的DNA片段(SEQ ID NO:3)，该片段包含了SG2基因的基因组序列(SEQ ID NO:3中第2674～7035位)和2673-bp的上游启动子序列(SEQ ID NO:3中第1～2673位)以及741-bp的下游序列(SEQ ID NO:3中第7036～7776位)。同时利用XbaI和SacI双酶切pCAMBIA2300载体，割胶回收后，利用T4连接酶将SG2基因与pCAMBIA2300载体的骨架片段连接，转化大肠杆菌DH5α，进一步提取质粒，酶切验证并测序。经测序证实获得了含有SG2基因的重组质粒，并命名为pCAMBIA2300-SG2。

将pCAMBIA2300-SG2导入农杆菌EHA105(购自美国英俊公司)，得到重组农杆菌。提取质粒，进行PCR扩增和酶切鉴定。

将经鉴定表明转入重组表达载体pCAMBIA2300-SG2的农杆菌命名为EH-pCAMBIA2300-SG2。

2、根癌农杆菌介导的转pCAMBIA2300-SG2水稻的获得

用EH-pCAMBIA2300-SG2重组农杆菌菌液浸染sg2突变体的愈伤组织；将浸染的愈伤在无菌的滤纸上吸干，再转到共培养基上24℃暗培养2-4天；清洗愈伤组织，转到含G418(Geneticin，遗传霉素)的选择培养基上进行抗性筛选；经选择后的抗性愈伤转到预分化培养基培养7-10天后再转到分化培养基进行光照培养；待小苗长至2-4cm时转到装有生根培养基的试管中生长2-3周，生长良好的小苗经2-3天的炼苗后移栽到温室中并进行PCR鉴定证实pCAMBIA2300-SG2基因已经转入sg2突变体中。

3、转pCAMBIA2300-SG2基因水稻的表型分析

经过鉴定的转基因水稻移入普通试验田，正常生长结实后收获。进一步使用卡那霉素筛选转基因T1代阳性植株，大田种植，收获后考察粒型。同时种植野生型中花11和sg2突变体材料作为对照。

结果如图2所示，将野生型的SG2基因转入sg2突变体后，水稻的籽粒长度相对于受体材料显著增加，达到或超过野生型材料的水平，说明SG2基因能够调控植物的籽粒大小。

实施例3、在野生型材料中转入SG2基因能够显著增加粒长、粒宽和千粒重，同时减少每穗粒数

为了进一步验证SG2基因能够调控植物的粒形等性状的调控作用，本发明人又利用SG2基因转化野生型水稻中花11。重组表达载体构建以及转化方法与第二部分基本相同，不同的是所用的表达载体为pCAMBIA1300，相应的根癌农杆菌介导的植物转化和T1代种植前使用潮霉素(Hygromycin)进行筛选，所获得的载体命名为pCAMBIA1300-SG2。

将筛选出的T1代阳性植株种植并收获后考察粒型。同时种植野生型中花11和sg2突变体材料作为对照。

结果如图3所示，野生型中花11的粒长为7.16±0.04mm，sg2突变体粒长为6.21±0.06mm，而以中花11为受体材料转入pCAMBIA1300-SG2后的四个株系的籽粒长度则分别为8.84±0.37mm，8.79±0.33mm，8.95±0.47mm以及8.67±0.45mm，转基因材料相对于受体材料显著增加，说明SG2基因能够正调控植物的籽粒长度。

本发明人进一步还发现，野生型中花11的粒宽为3.06±0.03mm，sg2突变体粒长为3.02±0.02mm，而以中花11为受体材料转入pCAMBIA1300-SG2后的四个株系的粒宽则分别为3.55±0.13mm，3.31±0.03mm，3.41±0.13mm以及3.36±0.04mm，转基因材料相对于受体材料粒宽显著增加，说明SG2基因能够正调控植物的籽粒宽度(图3)。

相应的野生型中花11的千粒重为25.12±0.33g，sg2突变体粒长为19.80±0.38g，而以中花11为受体材料转入pCAMBIA1300-SG2后的四个株系的粒宽则分别为32.25±1.63g，34.26±1.02g，28.92±1.89g以及31.64±1.18g，转基因材料相对于受体材料千粒重显著增加，说明SG2基因能够正调控植物的籽粒重量(图3)。

同时，本发明人也考察了转基因材料每穗粒数，发现野生型中花11的每穗粒数为122±20粒，sg2突变体每穗粒数为133±21粒，而以中花11为受体材料转入pCAMBIA1300-SG2后的四个株系的每穗粒数则分别为57±11粒，86±7粒，84±17粒以及73±11粒，转基因材料相对于受体材料每穗粒数显著减少，说明SG2基因能够负调控植物的每穗粒数(图3)；但是也可见，缺失SG2基因的sg2突变体的每穗粒数发生显著性增加。

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。

序列表

<110> 中国科学院上海生命科学研究院

<120> 调节植物粒形、千粒重及穗粒数的基因及其应用

<130> 175456

<160> 6

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 2

<211> 786

<212> DNA

<213> 水稻(Oryza sativa )

<400> 2

atggggatga ggcctggatg ggtagggggg ctcgtggagg agagcttctt cgttgggtgt 60

cccgcccacg agagccgcaa gaagaacgag aagaacatct tctgcctcgg ctgctgcgcc 120

agcatctgcc cccactgcgc cccctcccac cgccaccacc ctctcctcca ggttaggagg 180

tatgtgtaca acgacgttgt tcgcctggat gatctcgaca agctcatcga ctgctccttt 240

gttcagccat acacgatcaa cagcgcaaag gtgatatttc tgaagccaag gcctcagtcg 300

aggccgttca agggctctgg caacatctgc ttgacatgtg acaggatcct gcaggagccc 360

ttccatttct gctgcctctc ttgcaaggtg gatcacgtga tgatgcaggg cggcgacctc 420

tccaacatcc tctacatgtc cggcggctcc tccggcgagc ccgacctcgc cgccggcttc 480

ccgcgcttcg agaacctccg cgtcgacggc ggcggcggcg gcggcggcgg cctctccgac 540

gacgacgacg accaccaggt gaccacaccc aactccatcc tcgaagaccc cctccaccac 600

caccaccacc agtactacgg cggcggcggc tccagcaaca acggccggag cacgtcgccg 660

gcgccaacga cggccgatgt cccgaggaag aagaagagcg gcggcggcgg cgggttcttc 720

ccccagatcg tgctgtcact gaacaacagg aggaagggcg ccccacacag gtcgcctctc 780

gcgtga 786

<210> 2

<211> 261

<212> PRT

<213> 水稻(Oryza sativa )

<400> 2

Met Gly Met Arg Pro Gly Trp Val Gly Gly Leu Val Glu Glu Ser Phe

1 5 10 15

Phe Val Gly Cys Pro Ala His Glu Ser Arg Lys Lys Asn Glu Lys Asn

20 25 30

Ile Phe Cys Leu Gly Cys Cys Ala Ser Ile Cys Pro His Cys Ala Pro

35 40 45

Ser His Arg His His Pro Leu Leu Gln Val Arg Arg Tyr Val Tyr Asn

50 55 60

Asp Val Val Arg Leu Asp Asp Leu Asp Lys Leu Ile Asp Cys Ser Phe

65 70 75 80

Val Gln Pro Tyr Thr Ile Asn Ser Ala Lys Val Ile Phe Leu Lys Pro

85 90 95

Arg Pro Gln Ser Arg Pro Phe Lys Gly Ser Gly Asn Ile Cys Leu Thr

100 105 110

Cys Asp Arg Ile Leu Gln Glu Pro Phe His Phe Cys Cys Leu Ser Cys

115 120 125

Lys Val Asp His Val Met Met Gln Gly Gly Asp Leu Ser Asn Ile Leu

130 135 140

Tyr Met Ser Gly Gly Ser Ser Gly Glu Pro Asp Leu Ala Ala Gly Phe

145 150 155 160

Pro Arg Phe Glu Asn Leu Arg Val Asp Gly Gly Gly Gly Gly Gly Gly

165 170 175

Gly Leu Ser Asp Asp Asp Asp Asp His Gln Val Thr Thr Pro Asn Ser

180 185 190

Ile Leu Glu Asp Pro Leu His His His His His Gln Tyr Tyr Gly Gly

195 200 205

Gly Gly Ser Ser Asn Asn Gly Arg Ser Thr Ser Pro Ala Pro Thr Thr

210 215 220

Ala Asp Val Pro Arg Lys Lys Lys Ser Gly Gly Gly Gly Gly Phe Phe

225 230 235 240

Pro Gln Ile Val Leu Ser Leu Asn Asn Arg Arg Lys Gly Ala Pro His

245 250 255

Arg Ser Pro Leu Ala

260

<210> 3

<211> 7776

<212> DNA

<213> 水稻(Oryza sativa )

<400> 3

ctagcaatcc aaattatagt ggtagtacta ctactcaaca accaatgaac caaatatgct 60

ccctagagaa gttcactagc atgccaagaa atatgaaatg ggatacagct gtaaaatttg 120

aagcaacaca acgtactcct acgtaggctg tgtttagatg gtgtaaaagt tgaaaagtgg 180

gagaaaatta gtagtttgga gaaaaagtta gtagtttatg tgcgtaggaa agttttcgat 240

gtgatgtgat gtgatgaaaa gttgggaatt tgggaggaac taaacactgc cgtagtacta 300

ctctctccat ctcaaaaata taaaaactta aaaccggatg ctacatttct atagtacaat 360

gtatttggat ggactcgatg ttttctagta taatatatct ttattcaaat atattgcact 420

agaaaacgtt tcatctgatt caaggttttt atatttttgg gtaggagata gcagatggta 480

cagagtgtac tgcgccattg agatgaaaaa aaagctagaa gcgttcgcta ccggccaaga 540

aactgtgaaa aaattgtaaa aaggagcttt gaaattgctg cgagggtaaa aaagaattcg 600

ggccacataa aacaagaaac caaaaggcag cagtacgtac cactgtttgt actgggctaa 660

ccggaaaggc agagatgctg tgtgagcagc gacgaacacc agcaacagct cgaatttctt 720

ctctcgttac caaacttgta ctactccggt agcagcagta agtgctcgat caggttgtga 780

agaggcaggg aagaataatg ccagaagctg tgtatgtgtt gaagggaaaa aaaattgaaa 840

ttaaggcttg acaagaatgg ggatttcaga ttgtaacgag tggtattgca gtttttgtta 900

ctccctccat cccaaaatat aagcattttt agttatgaat ctagacaact atgtgttcaa 960

attaatagct aaaagttatt atattttgag atgactggaa ttcagcaacc taggaggttt 1020

attttcttct tgtctgtgct gtactactgt gttcaagaac acattaaaaa gttagtagca 1080

tagatcagga ccacgctaat gctatggtag ctgatgaaaa agatttgtgt gcattcgatc 1140

aggcactaat catatcagtc ttcaggcagc cgtgcggctg ttgcatgtgg gaatgcctgc 1200

tcctgtttta tgtggtcaaa ggtggaagaa caaatggcag tttttggata attaagatgg 1260

ttatttatgg caccgatgtc catcaagatt agcagcagat atgtgaaatt atcagtatct 1320

tcgtcaattt tatgatgaca gaaaaaaagg ggtcgtcctc aaaaaaaata aaataaaagg 1380

aggggtataa tgctcatcac ttcatcagtg caaacaacag cttaagttca cttcattatc 1440

atttttaacc ctgctatttt tttatattac caattttggt aggatagcaa aataaacaca 1500

ttcttaccat atctacctta ttagaatttg gaagttctag aaaatctctc acaaaaacat 1560

gaccaaaatt taaaaagttt caaactaaac gacatatcaa aagacaccaa aatttagtag 1620

cgacaaatgt actgaatttt gaaagtgcca aatatttggt taattttgat aataaagtga 1680

acaagtatta aattacccaa aacaaaatga tgagtaaatt tcacaaaact ataaatattt 1740

ttgtcaagtt attaaaaaac ctatagattt aagatgatat atcataaaac tacagattta 1800

acactaaatt tatcccagaa ctacatattt aagttggagt atcccaaaac tacaggttta 1860

gtaacaaaat tatcacgaaa ctacatgttt agtgtcaatt taatcactaa atttggatat 1920

tcataactca aatataacat tagtggtaag gaactaaagc ttaaaatatg tagttttgtg 1980

ataattttat tattaaattt atagttttgc aatacttagc cttaaagtta cgatagattt 2040

gccgttaaat ttatagtttt gtgatatatc cctagttttg ttaaaattta attaaaatat 2100

ttatagtttt atgaaattta cttaaaaatg atttatattc tctcacgagt cgtgacatga 2160

atcgcaggtg gcaataacct cctcccttgg caaagcgaaa caacccttcg cagaaagcac 2220

cccataacgc tgttattcta atcctgcccg actgcacaca aagttgtgag ggacaaaaac 2280

ggtcacgaaa atttccgctc ggcctagcat tgtttccgta caaacggcac tacaaaattc 2340

cattttctta ttagtacttt ttaaattagc aaagaatcaa tttgcagaga ccgatcattt 2400

tccatgggag caaggataat tcagaaacac ccctcaagtt ggttggatat tgtcgagaag 2460

gtccccgaca cttggaccgt gacgcccaat tggtcctttg accgccgaac cccatggtgt 2520

ccccttgacg ccattgcccc acaccacacc aagctcctcc tccttctcct tcaccttctc 2580

ccgctctata tataccctgc catggcttcc tccattgcta tccaccacta atccctccca 2640

attctcctct cctcgcctct ccaaactcgc atcgatcttt aatttctgtt ctcacctgta 2700

catacataca tacgcacgca cgtacataca ctcaatcaga gagagattgt tggtagctag 2760

gtagctgtgg ccaagaaagt gagagaattg ggaggaggat tggaggaaga cgaaggggtt 2820

gatggggatg aggcctggat gggtaggggg gctcgtggag gagagcttct tcgttgggtg 2880

tcccgcccac gagagccgca agaagaacga gaagaacatc ttctgcctcg gctgctgcgc 2940

cagcatctgc ccccactgcg ccccctccca ccgccaccac cctctcctcc aggtaatcaa 3000

tccgccgtct tcgtcgccgg cgccggcgcc ggcgacccaa ttgccatgcc atgcatgtcc 3060

tcgatacact gcatatatct ctagctacat gcatcatatg atgcatgtct atcttcttcg 3120

ttaattaatt gcagtatctt aactgtattc agaatttcag attatgcatg tgatgtgaga 3180

gtgtgttagt ctgttgaaat tcttcaatta caagtttatt tatctgcttt gaaatcgttg 3240

ggggtgtgct acagtgtgct gaattgagtg gatttgtggg ggtgtgggct aggattttag 3300

cttttgcatg tatagcagct actagcttgt acttaacaaa aaagcactag ctttggccta 3360

attcactagc ctttccgtct tggcttattc caagatttgc ttctactagt accagtagat 3420

gtgggcagct agaggatctt gttgattctt ccatgtgcca tgacatgcta attgtgtcat 3480

tttcagagga aagattgcta attgcctctc atcagcgacc atgctagtgt gccactagga 3540

gtactagtag cagtagtatt tctagcataa tttggttaga tttggttggg cttaattgcg 3600

gcggtgcttg ggcttaagct gcatcgcatg gggtgtctca cttaaccact tgcagctata 3660

gctctcgacc cttttagaac cctgtgccca tctttcgtct tccccttgtc gttttccggc 3720

cttcgttttg tgctccttgc aaagtgaccc ctcggttaat caccctgatt agtcacctaa 3780

atcacacatt agtactttca cactgctaat caccacctta atttcttgcg tatttttctt 3840

tgccaaactt aatttttctt cctgtccttg gctgctgttt ggtgggccat gagtagtaga 3900

aatgtggagt ggttaaaatt gggaagaagg gtgaaaaatg agtctctctc tggcaagaag 3960

ttactgcgag cctcagtccc atacgcctga aataaccata gtcttataat taagcctagt 4020

cccatcttac atcttcccca ttccggtgtg caaagcatat gcaatgcatt gctctctctt 4080

ctcttctgtt cacctcacca cctgcaaaag ttacattttg cagcagcagc agcagcagca 4140

aaggccagca cacacagtca tcacctctga tgaaaaaagg ccatctctct ttttgacagc 4200

ggtaaacaaa caatagccct tgtgtcctgc tctccattat aattaaccag taaaaacttc 4260

tgatcaccac ataaaatgaa ccacttcttt ttgtcaaact tttataaaat ttgtgtgttt 4320

ccagagagag tctggtgcaa ctacaaaagc tctaattctt aaatacatcc aaactgcagc 4380

agtgagcaag attgatctat tagcacaaaa atgggttggg ttatccggat tgtttagcca 4440

tgaatagcaa agcatgccga tcttgatctc tatccctgca aagatagacg gtgccggttg 4500

gttgataaat ggatgggcaa tcctgtgtct atctagccat actagctacg atccatccat 4560

cgtctcagcc aaagccagag ctgttaagat cgcagctgca gtagtcacag tgacagaaac 4620

tacaggctac agaccacaga gaagccattg gcgagatgca gtaaaaaaaa aagtgagcag 4680

tgtctctgtt ttttttttta ccatatgtgt gcttggtaaa agaccctgtc ctcctaccaa 4740

acaaggcccc aatactgttg ctccggctct gtataatcca aggtcgccgt gacgatactg 4800

ttcattcgtt caggcagtaa cacacactct ctatcttttt tttacagtgt catggggtta 4860

atttggaggt gttttttttt ttacatttgt gacctcgggt tgtgtgaccg agagaagtgg 4920

aaggtgtagg ggtggtatgg taaattaggg tttgtttctc cctcccacga tgtggatgac 4980

gacgagccgc cggtcaaagg ctcgcaatta ttaccggggg agtctatcct ttccctgcct 5040

ggctcagcgt ccggatggaa taatggaatt tttttttacc tcatcaacaa ttacaacttc 5100

tagaagggtc tcatctaaaa tttgaatttg gatggaataa tggaataatg gcctatgctt 5160

atcagctaaa atttaaattt ttaaccttaa atttagagct gattttgaga gttttttcat 5220

cgaagtttat ttttcaaact ttacttttat attgtctaaa acacgtatat aaaagttata 5280

ttcacaaatt actttttgtt tgcaaacgat gggtccgaag attcttttac tagcactaga 5340

attaaacggt accgtacgta taagtatact gtgcattgaa gtgcttatac gtgtatatag 5400

gttaggaggt atgtgtacaa cgacgttgtt cgcctggatg atctcgacaa gctcatcgac 5460

tgctcctttg ttcaggtaaa ttgaacggca ataaaaactc tgaaactaat ctgttcagtt 5520

ttactattat gtagagctaa ttattaatgt tggttctaat ttgatttcag ccatacacga 5580

tcaacagcgc aaaggtgata tttctgaagc caaggcctca gtcgaggccg ttcaagggct 5640

ctggcaacat ctgcttgaca tgtgacagga tcctgcagga gcccttccat ttctgctgcc 5700

tctcttgcaa ggtacagtag tgtagtatag ccactgtaca catcttccag aaaatttttt 5760

tactgtcatg gcgaattggc gatcgattga gaaatattaa ttaacgacac acaactctaa 5820

tgataataag gttgggttta gatctaggat gactagtttt agcgtgtcac atcgtagatg 5880

tacggacatg tatctgaagt atcaaacgta gactaataac aaaacaaatt ataaattgtg 5940

catgtaaact gcgagacgaa tttattaagc ctaattaatt tgttattagc aaatgtttat 6000

tgtagtacca cattgttgga tcatggagca attagtatta aaagatttgt ctcataattt 6060

tcacgtaatc tgtgtaatta gttttttttt ctatatttaa tactctgtgt atgtatcaaa 6120

catttgagtt cgatgtgacg ggtgaaaaat tttgtcacga gagatgtgag agtgagctac 6180

taactacaac gactgtgtgt cgttaattaa tttgtgcatg cattggcatg caggtggatc 6240

acgtgatgat gcagggcggc gacctctcca acatcctcta catgtccggc ggctcctccg 6300

gcgagcccga cctcgccgcc ggcttcccgc gcttcgagaa cctccgcgtc gacggcggcg 6360

gcggcggcgg cggcggcctc tccgacgacg acgacgacca ccaggtgacc acacccaact 6420

ccatcctcga agaccccctc caccaccacc accaccagta ctacggcggc ggcggctcca 6480

gcaacaacgg ccggagcacg tcgccggcgc caacgacggc cgatgtcccg aggaagaaga 6540

agagcggcgg cggcggcggg ttcttccccc agatcgtgct gtcactgaac aacaggagga 6600

agggcgcccc acacaggtcg cctctcgcgt gatcatcatc agatcgtcac gtacgcgtaa 6660

accgtgtttc gatcgctagt acagataatc atgaacacct ccccctacta ttatataatt 6720

agttgctctc attacctatc ttaattgtaa tccccttatg attattagta gcattgtaga 6780

gagagaaaga gagtgtgtgt gtggttgtgg tgatggatga tggtgtggcc tttggctggc 6840

tagggtcacc atctttaggg caagcagtgt tttgacgaga tttgagagag gagagaacca 6900

gctaagcttg caaactcctc cctgttacaa gactaggtag gcacggactt tgtgggggcc 6960

cctgtgcagg gaccccaaaa gattggctac caattttgta cttgctgtaa tgggggttaa 7020

ttaggtttgc tcgctaccta tgtgtacact tcccaaaaac tatatatata tatatatata 7080

tatatatata tatatatata tatatatata tatatatata tatatatata tatcttctta 7140

tatatgtaag atagtgagaa ttcttcatgt gtttattagc ctcatttcct tgcttattca 7200

catggttatc catactattt attaacaaac aaaataattt gttttgtttc tcggtaaaac 7260

ttttatatac gtgttctcag ctattgaaaa acacatgtta taaaacacta aactgtaatt 7320

aacttttttc cataaatcaa cttcaaaatt tatcttgtaa acttgaaatt tagctttata 7380

aacagataaa tttgaatttt agttttataa acataaacga agctacgagg ctatatactc 7440

cttctgggca gataatactt gtcgttttag acaaaaagtg aggtcaaact ttagaatctt 7500

tgattatgaa tcatttttaa aatatttgtc tttcaaatat tgtgatgtcg aggagtgatc 7560

ctctctagcg ggtggtcgtg agacctccct ttgtgagttc ggccggggga gatggcgcga 7620

tgatcaagag cgtacttccg cttgggatct aactactgga tcgttcacga gtttgtgtgg 7680

aagacaaggg attatacagg ttcgggccgc tgggaagcgt aacaccctac tcctgtgtgt 7740

gggattatgg ttaggtctta caagagatct tgagct 7776

<210> 4

<211> 26

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 4

cactcgtccg agggcaaaga aataga 26

<210> 5

<211> 25

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 5

atagggtttc gctcatgtgt tgagc 25

<210> 6

<211> 30

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 6

tttctaattc ctaaaaccaa aatccagtac 30

Claims

1.一种改良禾本科植物的品质性状的方法，其特征在于，所述方法包括：调节禾本科植物中SG2多肽的表达，所述的SG2多肽是如SEQ ID NO: 2氨基酸序列的多肽；其中，

所述的调节为上调，所述的品质性状为粒形性状，为增加种子的粒宽或增加种子的粒长；或

所述的调节为下调，所述的品质性状为：增加禾本科植物的每穗种子数；

所述的禾本科植物为水稻。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上调禾本科植物中SG2多肽的表达包括：

将SG2多肽的编码序列转入植物细胞、组织、器官或种子，从而改良禾本科植物的品质性状。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，下调禾本科植物中SG2多肽的表达包括下调或敲除禾本科植物中SG2多肽的编码基因。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，下调禾本科植物中SG2多肽的表达包括下调禾本科植物中SG2多肽的表达或活性。

5. 一种SG2多肽或其编码基因或它们的上调剂用途，用于改良禾本科植物的品质性状；所述的SG2多肽是如SEQ ID NO: 2氨基酸序列的多肽；所述的品质性状为粒形性状，为：

增加种子的粒宽；或

增加种子的粒长；

所述的禾本科植物为水稻。

6. 一种SG2多肽或其编码基因用途，用于作为鉴定禾本科植物的品质的分子标记；所述的SG2多肽是如SEQ ID NO: 2氨基酸序列的多肽；所述的品质性状为粒形性状，为：

增加种子的粒宽；或

增加种子的粒长；

所述的禾本科植物为水稻。

7. 一种SG2多肽或其编码基因的下调剂用途，用于增加禾本科植物的每穗种子数；所述的SG2多肽是如SEQ ID NO: 2氨基酸序列的多肽；所述的禾本科植物为水稻。