CN114836435B - 水稻基因OsSMG6及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供水稻基因OsSMG6及其应用。本发明提供水稻基因OsSMG6及其应用。本发明克隆了一个新的控制水稻粒型、粒重的基因OsSMG6(该基因一因多效,在调控粒型、粒重的同时对植株生长发育也具有影响),功能缺失导致水稻粒长变短、粒宽变宽、粒厚增加、粒重不变、株高升高、抽穗期延迟;过表达转基因植株谷粒粒长不变、粒宽不变、粒厚降低、粒重减轻;但糙米粒长变短、粒宽变窄、穗长变短、剑叶变窄,株高降低、抽穗期提前。OsSMG6基因对水稻粒型形成的分子机制研究及水稻发育影响有重要意义,本发明为水稻品种改良育种提供了优质基因资源,大大推进了水稻育种进程。

Description

水稻基因OsSMG6及其应用
技术领域
本发明涉及基因工程和植物遗传育种领域,具体地说,涉及水稻基因OsSMG6及其应用。
背景技术
水稻(Oryza sativa L.)是最重要的经济粮食作物之一,为世界超过一半以上的人口提供主食来源。我国水稻栽培历史悠久,当前稻米总产量稳居世界第一,更有着65%以上的人口以水稻为主食,这些现象均表明我国稻米生产与世界粮食安全息息相关(黎毛毛等,2008;徐匡迪和沈国舫,2002)。自20世纪50年代以来,我国育种家通过对优质种质资源的应用和创新,水稻的单产水平产生了两次质的飞跃。半矮秆基因sd1的克隆及在水稻育种中的应用,通过多种培育方法相继育成适合不同地区、不同生态条件、不同熟期的半矮秆高产良种,使水稻产量经历了第一次飞跃。第二次水稻产量的飞跃是水稻杂种优势的利用,特别是水稻“三系”配套的成功使水稻单产得到大幅度提升。但近二十年以来,由于我国种质资源受限,水稻大面积产量增长缓慢(杨仕华等,2010),随着我国人口的持续增长和耕地面积的减少,如何实现水稻单产的第三次飞跃是当今水稻研究所面临的新挑战。
水稻单株产量主要由粒重、有效穗数、每穗实粒数三要素组成,而粒重主要受粒型和灌浆充实度所决定。粒型是一个典型的育种改良目标,其与粒长、粒宽、粒厚相关,既是重要的产量性状,也与外观品质、加工碾磨品质相关。在过去的十几年中,研究者对粒型性状进行了大量的研究,并取得了显著的进展。籽粒的大小会受到颖壳空间的限制,近年来研究者对颖壳调控粒重的途径做出了解析:颖壳大小通常是颖壳细胞增殖和扩增相互协调的结果。一方面通过纵向、横向细胞增殖引起颖壳长度、宽度的增加使得籽粒粒长、粒宽增加且粒重提高;另一方面则是在不改变颖壳细胞数目的前提下,通过改变细胞长度或宽度改变粒型导致粒重变化;最后调控籽粒灌浆的基因则是通过改变粒厚使得粒重增加(XING和ZHANG,2010)。
水稻粒型是受多基因控制的数量性状,且控制粒型各性状的基因之间存在互补和累加效应(宫李辉等,2011)。因此,鉴定水稻中调控粒型、粒重的基因可为我们解析粒型形成的分子机制,丰富粒型改变的调控网络,为利用分子育种技术开展高效、精准的水稻新品种培育提供理论支撑。
发明内容
本发明的目的是提供水稻基因OsSMG6及其应用。
为了实现本发明目的,第一方面,本发明提供水稻基因OsSMG6,其为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因:
(a)由SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列组成的蛋白质;或
(b)SEQ ID NO:3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。
基因OsSMG6的核苷酸序列为:
I)SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列;
II)SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列;
III)在严格条件下与SEQ ID NO:1所示序列杂交且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列,所述严格条件为在含0.1%SDS的0.1×SSPE或含0.1%SDS的0.1×SSC溶液中,在65℃下杂交,并用该溶液洗膜;或
IV)与I)、II)或III)的核苷酸序列具有90%以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。
其cDNA序列为:
i)SEQ ID NO:2所示的核苷酸序列;
ii)SEQ ID NO:2所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列;
iii)在严格条件下与SEQ ID NO:2所示序列杂交且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列,所述严格条件为在含0.1%SDS的0.1×SSPE或含0.1%SDS的0.1×SSC溶液中,在65℃下杂交,并用该溶液洗膜;或
iv)与i)、ii)或iii)的核苷酸序列具有90%以上同源性且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列。
基因OsSMG6在水稻中编码组蛋白H3,该基因在水稻品种‘中恢8015’、‘日本晴’基因组中无差异。
第二方面,本发明提供含有所述基因OsSMG6的生物材料,所述生物材料包括但不限于重组DNA、表达盒、转座子、质粒载体、病毒载体、工程菌或非可再生的植物部分。
第三方面,本发明提供所述基因OsSMG6或含有所述基因的生物材料的以下任一应用:
(1)调控水稻粒重、粒型、株高及抽穗期;
(2)用于植物品种改良;
(3)用于制备转基因植物。
所述水稻粒型包括粒长、粒宽和粒厚。
优选地,所述植物为禾本科植物,更优选水稻。
第四方面,本发明提供一种使水稻粒长变短、粒宽变宽、粒厚增加、粒重不变、株高升高、抽穗期延迟的方法,所述方法包括:利用基因工程手段,弱化或敲除水稻中的基因OsSMG6。
进一步地,所述方法包括:以基因OsSMG6为靶基因,设计基于CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码所述sgRNA序列的DNA片段连接到携带CRISPR/Cas9的载体中,转化水稻,进而获得该基因功能缺失的转基因水稻。
优选地,sgRNA作用位点的核苷酸序列为5’-GGAAACAGCTGGCGACCA-3’。
第五方面,本发明提供一种使植物谷粒粒长不变、粒宽不变、粒厚降低、粒重减轻、糙米粒长变短、粒宽变窄、穗长变短、剑叶变窄、株高降低、抽穗期提前的方法,所述方法包括:利用基因工程手段,在植物中过表达基因OsSMG6。
所述过表达的方式可选自以下1)~5),或任选的组合:
1)通过导入具有所述基因的质粒;
2)通过增加植物染色体上所述基因的拷贝数;
3)通过改变植物染色体上所述基因的启动子序列;
4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接;
5)通过导入增强子。
携带有所述目的基因的表达载体可通过使用Ti质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、微注射、电穿孔等常规生物技术方法导入植物细胞中(Weissbach,1998,Method forPlant Molecular Biology VIII,Academy Press,New York,第411-463页;Geiserson和Corey,1998,Plant Molecular Biology,2nd Edition)。
第六方面,本发明提供按照上述方法获得的转基因植物(水稻)在植物育种中的应用。
其中,所述育种方法包括但不限于转基因、杂交、回交、自交或无性繁殖。
借由上述技术方案,本发明至少具有下列优点及有益效果:
(一)本发明提供水稻基因OsSMG6及其应用。本发明克隆了一个新的控制水稻粒型、粒重的基因OsSMG6(该基因一因多效,在调控粒型、粒重的同时对植株生长发育也具有影响),功能缺失导致水稻粒长变短、粒宽变宽、粒厚增加、粒重不变、株高升高、抽穗期延迟;过表达转基因植株谷粒粒长不变、粒宽不变、粒厚降低、粒重减轻;但糙米粒长变短、粒宽变窄、穗长变短、剑叶变窄,株高降低、抽穗期提前。OsSMG6基因对水稻粒型形成的分子机制研究及水稻发育影响有重要意义,本发明为水稻品种改良育种提供了优质基因资源,大大推进了水稻育种进程。
(二)通过构建CRISPR/Cas9敲除载体后转化野生型中恢8015后转基因植株粒长减低、粒宽增加、粒厚增加,但不影响粒重。可用于水稻籽粒形状改良,使其适应市场需求。
(三)通过构建CRISPR/Cas9敲除载体后转化野生型中恢8015后转基因植株株高升高、抽穗期延迟;通过构建过表达转基因植株株高降低、抽穗期提前。可通过操纵OsSMG6表达水平调整植株的株高和开花时间,可用于在水稻制种,改良水稻品种开花时间使花期相遇。
附图说明
图1A~图1H为本发明较佳实施例中组蛋白H3编码基因在各组织中的表达。其中,Leaf blade:叶片;Leaf sheath:叶鞘;Root:根;Stem:茎;Inflorescence:花序/幼穗;Anther:花药;Pistil:雌蕊;Lemma:外稃;Palea:内稃;Oryza:灌浆籽粒;Embryo:胚;Endosperm:胚乳。
图2为本发明较佳实施例中序列分析。其中,(A)Os06g0160100基因组序列,白色框:5’-UTR、3’-UTR;蓝色框:外显子;标尺:20bp;(B)Os06g0160100翻译蛋白序列,绿色框:N-端尾巴结构;橙色框:C-端组蛋白H3结构域;(C)组蛋白H3结构域保守性分析,NP_0010318来自拟南芥,NP_0011312来自玉米,KAF9860093来自杨树,Sb03g00555来自高粱,Bradilg486来自短柄艾草,XP_0331492选自果蝇。
图3为本发明较佳实施例中敲除位点及表达量检测。其中,(A)绿色字母为靶序列,红色字母代表插入该碱基,红色横线代表碱基缺失。(B)过表达植株表达量检测,数据表示为平均值±标准差,学生氏t-检验计算差异显著性,**:表型在P<0.01水平上极显著。
图4为本发明较佳实施例中籽粒表型考察。其中,(A)野生型、敲除、过表达转基因植株粒型表型比较,标尺:10mm;(B)野生型、敲除、过表达转基因植株糙米粒型表型比较,标尺:10mm;(C-F)野生型、敲除、过表达转基因植株千粒重、粒长、粒宽、粒厚性状比较;(G-H)野生型、敲除、过表达转基因植株糙米粒长、粒宽性状比较。数据表示为平均值±标准差,学生氏t-检验计算差异显著性,*:表型在P<0.05水平上显著;**:表型在P<0.01水平上极显著。
图5为本发明较佳实施例中其它农艺性状考察。其中,(A)野生型、敲除、过表达转基因植株株型表型,标尺:20cm;(B)野生型、敲除、过表达转基因植株主茎茎节间比较;(C-H)野生型、敲除、过表达转基因植株株高、抽穗期、剑叶长、剑叶宽、穗长、有效穗数比较。数据表示为平均值±标准差,学生氏t-检验计算差异显著性,*:表型在P<0.05水平上显著;**:表型在P<0.01水平上极显著。
图6为本发明较佳实施例中颖壳电镜扫描观测。其中,(A)R8015及pCas9-1外颖细胞观察,标尺:500μm;(B-E)外颖细胞数目(B)、细胞体积(C)、外颖细胞长度(D)、外颖细胞宽度(E)统计分析,数据表示为平均值土标准差,学生氏t-检验计算差异显著性,**:表型在P<0.01水平上极显著。红点:统计的扫描区域(B);细胞数目(C-E)。
图7为本发明较佳实施例中OsSMG6的表达模式分析。其中,(A)qRT-PCR检测OsSMG6在各个组织中的表达情况;数据表示为平均值±标准差;(B-G)OsSMG6启动子启动GUS蛋白在各个组织部位中的染色情况,根(B)、茎(C)、叶(D)、叶鞘(E)、发育中的穗(F-H)及种子(I)。标尺:25mm。
图8为本发明较佳实施例中OsSMG6在原生质体及烟草中的亚细胞定位。其中,(A)OsSMG6-eGFP及pYBA1138-mCherry在原生质体中共表达;标尺:2μm;(B)OsSMG6-eGFP及pYBA1138-mCherry在烟草中共表达;标尺:20μm。
具体实施方式
组蛋白修饰主要发生在组蛋白H3上,为探究组蛋白影响粒重的功能,本发明人在水稻中挑选了一些编码组蛋白H3的基因,并在https://ricexpro.dna.affrc.go.jp/数据库中检测这些基因在各组织的表达情况。编码组蛋白H3的基因均为组成型表达,而调控粒重的基因通常在幼穗和受精后成长的种子中表达量较高,因此,选择水稻第6染色体Os06g0160100基因作为研究。并在中恢8015(R8015)背景下构建了敲除、过表达和GUS转基因植株用于揭示该基因的功能。
对野生型、敲除、过表达转基因植株粒型及粒重考察发现,相较于野生型,敲除转基因植株粒长降低、粒宽增加、粒厚增加,千粒重保持不变。过表达转基因植株粒型性状与野生型表型相比,千粒重显著降低,但粒长、粒宽无明显差异,进一步对粒厚性状进行考察,结果显示过表达植株粒厚极显著降低。同时,对糙米粒型性状考察发现,与野生型植株相比,敲除转基因植株表现为粒长降低、粒宽增加,而过表达植株粒长、粒宽均降低,且外观品质显著降低。综合转基因表型变化,我们发现该基因影响籽粒粒型及粒重的变化,因此将该基因命名为OsSMG6(Small grain weight in chromosome 6)。
在对其它农艺性状考察中发现,OsSMG6同样影响株高和抽穗期。与野生型相比,敲除植株株高升高,抽穗期延迟;而过表达植株株高降低,抽穗期提前。对主茎茎节间进行比较,结果表明在第I节间及第III节间,敲除株极显著升高,而过表达植株显著降低。此外,与野生型相比,转基因植株剑叶、有效穗数长无差异;过表达株剑叶宽、穗长极显著降低。这一现象表明OsSMG6一因多效,在调控粒重的同时对植株生长发育同样具有影响,本发明为水稻粒型、粒重改良及植株发育提供了新的基因资源。
基因OsSMG6的亚细胞定位:通过构建OsSMG6-GFP载体后,将质粒转化野生型中恢8015原生质体和烟草叶片,探究OsSMG6发挥功能的场所。
基因OsSMG6的时空表达及GUS染色:提取水稻各组织样品的RNA,对OsSMG6进行时空表达分析;构建pCAMBIA1305-GUS载体对时空表达结果进行验证。
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例均按照常规实验条件,如Sambrook等分子克隆实验手册(Sambrook J&Russell DW,Molecular Cloning:a Laboratory Manual,2001),或按照制造厂商说明书建议的条件。
实施例1基因选择及材料创制
表观遗传修饰是一种多细胞生物在进化过程形成的可遗传的、调控基因表达水平的机制。这种遗传机制在生物体整个生命过程中均发挥作用。表观遗传修饰包含DNA甲基化、组蛋白修饰及染色质重塑,组蛋白修饰有可分为组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化以及SUMO化,改变染色质结构,调控基因表达。特别是组蛋白甲基化和去甲基化修饰,在参与穗部发育中发挥重要作用。其通过调控基因H3K4、H3K27及H3K36甲基化修饰水平,促进或抑制下游靶基因的表达,参与调控水稻圆锥花序分生组织的生长发育,从而改变水稻籽粒和产量。
组蛋白修饰主要发生在组蛋白H3上,为探究组蛋白影响粒重的功能,在水稻中挑选了一些编码组蛋白H3的基因,并在https://ricexpro.dna.affrc.go.jp/数据库中检测这些基因在各组织的表达情况(图1A~图1H)。编码组蛋白H3的基因均为组成型表达,而调控粒重的基因通常在幼穗和受精后成长的种子中表达量较高,因此,我们选择了第6染色体Os06g0160100基因作为研究。
为克隆并探究水稻基因OsSMG6的功能,选择在R8015背景下构建敲除和过表达转基因植株用于揭示该基因的功能(图2)。
用于构建敲除转基因载体的引物序列为(5′-3′):
OsSMG6-Cas9-F:AGATGATCCGTGGCAGGAAACAGCTGGCGACCAGTTTTAGAGCTATGC
OsSMG6-Cas9-R:GCATAGCTCTAAAACTGGTCGCCAGCTGTTTCCTGCCACGGATCATCT
用于构建过表达转基因载体的引物序列为(5′-3′):
OsSMG6-OE-F:TGCACTAGGTACCTGCAGATGGCCCGCACGAAGCAGACGG
OsSMG6-OE-R:ATCGATGGATCCGTCGACAGCGCGCTCGCCGCGGATCCGG
1、基于CRISPR/Cas9技术敲除水稻基因OsSMG6
使用的敲除载体为pCas9-AarI载体,该载体原核抗性是壮观霉素,真核抗性为潮霉素,载体构建过程中使用AarI为酶切位点(WU et al.,2017)。利用在线网站(http://cbi.hzau.edu.cn/cgi-bin/CRISPR)设计目的基因的靶序列,选择得分较高并且位于CDS上靠近ATG起始位点的序列作为sgRNA,添加对应接头形成F引物,F引物序列反向互补形成R引物。在10μL体系中各加入1μL的F及R引物,94℃10min,0.1℃/s退火至15℃,15℃保持10min,完成退火;取1μL退火产物与酶切后的pCas9-AarI载体质粒进行重组,转入DH5α,涂于壮观霉素抗性固体培养基上;挑选单克隆测序成功后质粒送武汉伯远生物科技有限公司,在R8015背景下遗传转化。在T0代测序,选择纯合突变的pCas9-1和pCas9-2两个单株发展群体用于后续研究。
2、在水稻中过表达基因OsSMG6
为进一步验证基因OsSMG6的功能,构建了过表达转基因植株。过表达载体使用pCUbi1390改造载体,即在pCUbi1390载体Ubiquitin启动子后添加3×Flag标签序列,构建出pCUbi1390-cFlag载体(pCUbi1390-cFlag载体由江西农业大学农学院吴自明老师团队惠赠,载体序列如SEQ ID NO:4所示)。该载体原核抗性为卡那抗性,真核抗性为潮霉素。载体构建过程中,使用PstI单酶切后切胶回收获得线性质粒。同时,利用普通反转录获得的cDNA扩增去除终止密码子的目的片段,基因片段切胶回收后和质粒DNA遗传重组,转化大肠杆菌。将重组成功的质粒送伯远公司,在R8015背景下遗传转化。在T0代进行表达量检测,并从中挑选OE-2、OE-19两个单株发展群体用于后续研究。
实施例2籽粒表型检测
对野生型、敲除、过表达转基因植株粒型及粒重考察发现,相较于野生型,敲除转基因植株pCas9-1和pCas9-2粒长降低、粒宽增加、粒厚增加,千粒重保持不变(图3,A和C-F)。过表达转基因植株OE-2和OE-19粒型性状与野生型表型相比,千粒重显著降低,但粒长、粒宽无明显差异,因此我们对粒厚性状进行考察,结果显示过表达植株粒厚极显著降低(图3,A和C-F)。同时,对糙米粒型性状考察发现,与野生型植株相比,敲除转基因植株表现为粒长降低、粒宽增加,而过表达植株粒长、粒宽均降低,且外观品质显著降低(图3,B和G-H)。综合转基因表型变化,我们发现该基因影响籽粒粒型及粒重的变化,因此将该基因命名为OsSMG6(Small grain weight in chromosome 6),编码组蛋白H3,其过表达转基因植株负调控籽粒灌浆使籽粒萎缩影响粒重,并导致米质垩白化。
实施例3其它农艺性状检测
在对其它农艺性状考察中发现,OsSMG6同样影响株高和抽穗期(图4,A和C-D)。与野生型相比,敲除植株株高升高,抽穗期延迟;而过表达植株株高降低,抽穗期提前。对主茎茎节间进行比较,结果表明在第I节间及第III节间,敲除株极显著升高,而过表达植株显著降低(图4B)。此外,与野生型相比,转基因植株剑叶、有效穗数长无差异;过表达株剑叶宽、穗长极显著降低(图4,E-H)。这一现象表明OsSMG6一因多效,在调控粒重的同时对植株生长发育同样具有影响。
实施例4 OsSMG6保守性分析
对Os06g0160100基因序列分析发现,该基因编码组蛋白H3,只有一个外显子(图5A),基因组序列分析发现,该基因在R8015和日本晴基因组中无差异;利用SMART数据库(http://smart.embl-heidelberg.de)对氨基酸序列分析发现,该蛋白N-端尾巴结构包含33个氨基酸,这一赖氨酸残基更容易发生组蛋白修饰(图5B)。利用NCBI数据库检索,查询了动植物中各不同种类之间编码组蛋白H3基因的氨基酸系列,比对发现组蛋白H3高度保守(图5C),表明组蛋白H3在进化上发挥着一致的功能。
实施例5颖壳细胞学观察
粒型表型检测结果表明,OsSMG6敲除转基因植株同野生型相比,颖壳粒长减少、粒宽增加;而过表达植株颖壳与野生型无差异。颖壳大小通常是由颖壳细胞扩张和细胞增殖引起的,为探究野生型同敲除植株颖壳变化的原因,我们选择R8015和pCas9-1成熟籽粒的颖壳进行细胞学检测(图6A)。t-检验结果显示,与野生型相比,pCas9-1颖壳细胞数目和细胞体积均无差异(图6,B-C),但细胞长度降低,细胞宽度增加(图6,D-E),结果表明pCas9-1植株粒长降低、粒宽增加是由细胞体积的改变引起的,与细胞数目无关。
实施例6基因OsSMG6的时空表达
多数基因的表达水平会在不同的组织、不同的生长时期发生改变。为检测OsSMG6在各个组织部位的表达情况,在水稻幼穗分化时期,我们提取了R8015的根、茎、叶、叶鞘、幼穗发育的各个阶段及受精后的籽粒的RNA,并利用qRT-PCR方法检测OsSMG6基因的表达水平。如图7所示,OsSMG6在水稻各个组织中均能检测到,为组成型表达。OsSMG6主要在幼穗及受精后的种子中表达,这一表达模式表明该基因与粒重变化相关,与预期结果一致(图7A)。随后,我们扩增OsSMG6启动子区并构建了pCAMBIA1305-GUS载体,利用农杆菌转化R8015愈伤组织。对阳性转基因植株的各个组织进行GUS染液染色,结果显示:OsSMG6启动子启动的GUS蛋白在各个组织中均能检测到,且在根、茎、叶及叶鞘中着色较弱,表明该基因的表达量较低(图7,B-E);在发展中幼穗中表达量较高,且随着穗部的发育表达量逐渐降低,这一结果与qRT-PCR检测结果一致;在籽粒成熟过程中,OsSMG6不在颖壳中表达,而是在种皮中表达(图7,F-I)。
实施例7基因OsSMG6的亚细胞定位
蛋白正确定位对其功能的研究至关重要。将OsSMG6的CDS去终止子连接到eGFP标签的N端,构建pCAMBIA1305-OsSMG6-eGFP载体,并在水稻原生质体及烟草叶片中进行瞬时表达分析。同时,对pYBA1132-eGFP载体(闫晓红等,2012)进行改造,将mCherry蛋白序列替换eGFP蛋白序列,命名为pYBA1138-mCherry,35S启用子驱动,用作蛋白全细胞定位标记。实验结果表明OsSMG6-eGFP融合蛋白可以和pYBA1138-mCherry标记蛋白在全细胞中表达,且主要的表达位置是细胞核(图8)。
实施例8基因OsSMG6在水稻基因组中单倍型分析
水稻基因组序列分析发现,基因OsSMG6在R8015和日本晴中序列完全一致,我们选择在3K水稻基因组数据库(https://www.rmbreeding.cn/Index)对基因OsSMG6进行单倍型分析,并统计水稻品种超过15种的单倍型,结果显示基因OsSMG6及其突变可划分为26个单倍型(Hap)(表1)。R8015及日本晴分属于Hap2,包含291个粳稻品种和110个籼稻品种(表2),表明基因OsSMG6在育种中已经受到选择,其在粳稻中应具有近似的功能。
表1基因OsSMG6在3K水稻基因组中单倍型分析
3056212 3056227 3056251 3056260 3056287 3056299 3056302 3056446 3056461 3056482 3056485 3056494 3056554
Ref G A C G G G G C G G C C G
Hap1 G G C G G G G C G G C C G
Hap2 G A C G G G G C G G C C G
Hap3 -- -- -- - T G C G C -- -- -- --
Hap4 -- -- -- - T G C G C G C -- --
Hap5 -- -- -- - T G C G -- -- -- -- --
Hap6 -- -- -- - T G C G C -- -- -- G
Hap7 G G C C G G C G G G C T G
Hap8 G G C C G G C C G G C C G
Hap9 -- -- -- - T G C G C G C C -
Hap10 G G C C G/T G C G G G C T G
Hap11 G G G C T G C G C -- -- -- --
Hap12 -- -- -- - T G C -- -- -- -- -- --
Hap13 -- -- -- - T G C G C G C C G
Hap14 -- -- -- - T G C G C G -- -- --
Hap15 G G G C T G C G C G C C G
Hap16 -- -- -- - T A/G C G C -- -- -- --
Hap17 C -- -- -- T G C G C -- -- -- C
Hap18 -- G G C T G C G C -- -- -- --
Hap19 -- -- -- - T G C G C G C -- G
Hap20 C -- -- -- T G C G C -- -- -- --
Hap21 C -- -- -- T G C G C G C C C
Hap22 -- -- -- - T G C G C -- -- C G
Hap23 G G G C T G C G C G C -- --
Hap24 -- -- -- - T G C G C -- -- -- C
Hap25 -- -- -- - T G C G -- -- -- C G
Hap26 G A/G C G G G G C G G C C G
表2各单倍型品种数目
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之做一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
参考文献:
[1]FAN Y W and LI Y B,2019.Molecular,cellular and Yin-Yang regulationof grain size and number in rice.Molecular Breeding,39(12):1-25.DOI:10.1007/s11032-019-1078-0.
[2]RAMAZI S,ALLAHVERDI A and ZAHIRI J,2020.Evaluation of post-translational modifications in histone proteins:A review on histonemodification defects in developmental and neurological disorders.Joumal ofBiosciences,45(1):135.DOI:10.1007/s12038-020-00099-2.
[3]DING Y,WANG X,SU L,zHAI J X,CAO S Y,ZHANG D F,LIU C Y,BI Y P,QIANQ,CHENG z K,CHU C C and CAO X F,2007.SDG714,a Histone H3K9 methyltransferase,is involved in Tos17DNA methylation and transposition in rice.The Plant Cell,19(1):9-22.DOI:10.1105/tpc.106.048124.
[4]SUN Q W and ZHOU D X,2008.Rice jmjC domain-containing gene JMJ706encodes H3K9 demethylase required for floral organ development.Proceedings ofthe National Academy of Sciences,105(36):13679-84.DOI:10.1073/pnas.0805901105.
[5]SUN C H,FANG J,ZHAO T L,XU B,ZHANG F T,LIU L C,TANG J Y,ZHANG G F,DENG X J,CHEN F,QIAN Q,CAO X F and CHU C C,2012.The histone methyltransferaseSDG724mediates H3K36me2/3 deposition at MADS50and RFT1 and promotes floweringin rice.The Plant Cell,24(8):3235-3247.DOI:10.1105/tpc.112.101436.
[6]SUI P F,JIN J,YE S,MU C,GAO J,FENG H Y,SHEN W H,YU Y and DONG A W,2012.H3K36methylation is critical for brassinosteroid-regulated plant growthand development in rice.The Plant Journal,70(2):340-347.DOI:10.1111/j.1365-313x.2011.04873.x.
[7]CUI X K,JIN P,CUI X,GU L F,LU Z K,XUE Y M,WEI L Y,QI J F,SONG X W,LUO M,AN G and CAO X F,2013.Control of transposon activity by a histone H3K4demethylase in rice.Proceedings of the National Academy of sciences,110(5):1953-1958.DOI:10.1073/pnas.1217020110.
[8]LIU X Y,ZHOU S L,WANG W T,YE Y R,ZHAO Y,XU Q T,ZHOU C,TAN F,CHENGS F and ZHOU D X,2015.Regulation of histone methylation and reprogramming ofgene expression in the rice inflorescence meristem.The Plant Cell,27(5):1428-1444.DOI:10.1105/tpc.15.00201.
[9]JIANG P F,WANG S L,IKRAM A U,XU Z T,JIANG H Y,CHENG B J and DINGY,2018.SDG721 and SDG705 are required for rice growth.Journal of IntegrativePlant Biology,60(7):530-535.DOI:10.1111/jipb.12644.
[10]CHENG S F,TAN F,LU Y,LIU XY,LI T T,YUAN W J,ZHAO Y and ZHOU D X,2018.WOX11 recruuits a histone H3K27me3 demethylase to promote geneexpression during shoot development in rice.Nucleic Acids Research,46(5):2356-2369.DOI:10.1093/nar/gky017.
[11]WU W X,zHENG X M,CHEN D B,ZHANG Y X,MAW W,zHANG H,SUN L P,YANGZF,ZHAO C D,ZHAN X D,SHEN X H,YUP,FU Y P,ZHU S S,CAO L Y and CHENG S H,2017.OsCOL16,encoding a CONSTANS-like protein,represses flowering by up-regulating Ghd7 expression in rice.Plant Science,26060-69.DOI:10.1016/j.plantsci.2017.04.004.
[12]闰晓红,王慧,叶艳英,曾钢,马荣才,米福贵,姚磊,2012.一个含LoxP-FRT重组酶位点及易于操作的植物表达双元载体pYBA100.分子植物育种,10(03):371-379.
序列表
<110> 中国水稻研究所
<120> 水稻基因OsSMG6及其应用
<130> PI202210721
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 774
<212> DNA
<213> 水稻(Oryza sativa)
<400> 1
aatccaccac cgccaagttt caaatccaaa gaactcactc gccgccgcct ccgccgcgcc 60
aagctctcct ctcctccttc tcgatggccc gcacgaagca gacggcgcgc aagtccaccg 120
gcgggaaggc gccgaggaaa cagctggcga ccaaggcggc gcgcaagtcg gcgccggcca 180
ccggcggcgt gaagaagccg caccgcttca ggccgggcac cgtcgcgctc cgtgagatcc 240
gcaagtacca gaagagcacg gagctgctca tccgcaagct ccccttccag cgcctcgtcc 300
gcgagatcgc ccaggacttc aagaccgacc tccgcttcca gagctccgcc gtcgccgccc 360
tgcaggaggc cgcggaggcg tacctcgtcg ggctgttcga ggacaccaac ctgtgcgcca 420
tccacgccaa gcgcgtcacc atcatgccca aggacatcca gctcgcgcgc cggatccgcg 480
gcgagcgcgc ttaggccatc agcccacctt tggttcttgc ttgattcata gggacttgtc 540
atgttctacc agttggtgtt attattagat cgtcgctttg tcatgtcgta gtcttagatt 600
cttagtttcc atggttgcaa tgtaactgct ggttattctg aaattgcaat cgaagtaatc 660
tgttttatcc ccaaatttct gtgtccatct tgatcctgtg aacagattgc ctttgactgg 720
atgatgtgat gttcagaatg tttctgaagt tattctgatg atctgaactg aata 774
<210> 2
<211> 411
<212> DNA
<213> 水稻(Oryza sativa)
<400> 2
atggcccgca cgaagcagac ggcgcgcaag tccaccggcg ggaaggcgcc gaggaaacag 60
ctggcgacca aggcggcgcg caagtcggcg ccggccaccg gcggcgtgaa gaagccgcac 120
cgcttcaggc cgggcaccgt cgcgctccgt gagatccgca agtaccagaa gagcacggag 180
ctgctcatcc gcaagctccc cttccagcgc ctcgtccgcg agatcgccca ggacttcaag 240
accgacctcc gcttccagag ctccgccgtc gccgccctgc aggaggccgc ggaggcgtac 300
ctcgtcgggc tgttcgagga caccaacctg tgcgccatcc acgccaagcg cgtcaccatc 360
atgcccaagg acatccagct cgcgcgccgg atccgcggcg agcgcgctta g 411
<210> 3
<211> 136
<212> PRT
<213> 水稻(Oryza sativa)
<400> 3
Met Ala Arg Thr Lys Gln Thr Ala Arg Lys Ser Thr Gly Gly Lys Ala
1 5 10 15
Pro Arg Lys Gln Leu Ala Thr Lys Ala Ala Arg Lys Ser Ala Pro Ala
20 25 30
Thr Gly Gly Val Lys Lys Pro His Arg Phe Arg Pro Gly Thr Val Ala
35 40 45
Leu Arg Glu Ile Arg Lys Tyr Gln Lys Ser Thr Glu Leu Leu Ile Arg
50 55 60
Lys Leu Pro Phe Gln Arg Leu Val Arg Glu Ile Ala Gln Asp Phe Lys
65 70 75 80
Thr Asp Leu Arg Phe Gln Ser Ser Ala Val Ala Ala Leu Gln Glu Ala
85 90 95
Ala Glu Ala Tyr Leu Val Gly Leu Phe Glu Asp Thr Asn Leu Cys Ala
100 105 110
Ile His Ala Lys Arg Val Thr Ile Met Pro Lys Asp Ile Gln Leu Ala
115 120 125
Arg Arg Ile Arg Gly Glu Arg Ala
130 135
<210> 4
<211> 10992
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
ctagccacca ccaccaccac cacgtgtgaa ttacaggtga ccagctcgaa tttccccgat 60
cgttcaaaca tttggcaata aagtttctta agattgaatc ctgttgccgg tcttgcgatg 120
attatcatat aatttctgtt gaattacgtt aagcatgtaa taattaacat gtaatgcatg 180
acgttattta tgagatgggt ttttatgatt agagtcccgc aattatacat ttaatacgcg 240
atagaaaaca aaatatagcg cgcaaactag gataaattat cgcgcgcggt gtcatctatg 300
ttactagatc gggaattaaa ctatcagtgt ttgacaggat atattggcgg gtaaacctaa 360
gagaaaagag cgtttattag aataacggat atttaaaagg gcgtgaaaag gtttatccgt 420
tcgtccattt gtatgtgcat gccaaccaca gggttcccct cgggatcaaa gtactttgat 480
ccaacccctc cgctgctata gtgcagtcgg cttctgacgt tcagtgcagc cgtcttctga 540
aaacgacatg tcgcacaagt cctaagttac gcgacaggct gccgccctgc ccttttcctg 600
gcgttttctt gtcgcgtgtt ttagtcgcat aaagtagaat acttgcgact agaaccggag 660
acattacgcc atgaacaaga gcgccgccgc tggcctgctg ggctatgccc gcgtcagcac 720
cgacgaccag gacttgacca accaacgggc cgaactgcac gcggccggct gcaccaagct 780
gttttccgag aagatcaccg gcaccaggcg cgaccgcccg gagctggcca ggatgcttga 840
ccacctacgc cctggcgacg ttgtgacagt gaccaggcta gaccgcctgg cccgcagcac 900
ccgcgaccta ctggacattg ccgagcgcat ccaggaggcc ggcgcgggcc tgcgtagcct 960
ggcagagccg tgggccgaca ccaccacgcc ggccggccgc atggtgttga ccgtgttcgc 1020
cggcattgcc gagttcgagc gttccctaat catcgaccgc acccggagcg ggcgcgaggc 1080
cgccaaggcc cgaggcgtga agtttggccc ccgccctacc ctcaccccgg cacagatcgc 1140
gcacgcccgc gagctgatcg accaggaagg ccgcaccgtg aaagaggcgg ctgcactgct 1200
tggcgtgcat cgctcgaccc tgtaccgcgc acttgagcgc agcgaggaag tgacgcccac 1260
cgaggccagg cggcgcggtg ccttccgtga ggacgcattg accgaggccg acgccctggc 1320
ggccgccgag aatgaacgcc aagaggaaca agcatgaaac cgcaccagga cggccaggac 1380
gaaccgtttt tcattaccga agagatcgag gcggagatga tcgcggccgg gtacgtgttc 1440
gagccgcccg cgcacgtctc aaccgtgcgg ctgcatgaaa tcctggccgg tttgtctgat 1500
gccaagctgg cggcctggcc ggccagcttg gccgctgaag aaaccgagcg ccgccgtcta 1560
aaaaggtgat gtgtatttga gtaaaacagc ttgcgtcatg cggtcgctgc gtatatgatg 1620
cgatgagtaa ataaacaaat acgcaagggg aacgcatgaa ggttatcgct gtacttaacc 1680
agaaaggcgg gtcaggcaag acgaccatcg caacccatct agcccgcgcc ctgcaactcg 1740
ccggggccga tgttctgtta gtcgattccg atccccaggg cagtgcccgc gattgggcgg 1800
ccgtgcggga agatcaaccg ctaaccgttg tcggcatcga ccgcccgacg attgaccgcg 1860
acgtgaaggc catcggccgg cgcgacttcg tagtgatcga cggagcgccc caggcggcgg 1920
acttggctgt gtccgcgatc aaggcagccg acttcgtgct gattccggtg cagccaagcc 1980
cttacgacat atgggccacc gccgacctgg tggagctggt taagcagcgc attgaggtca 2040
cggatggaag gctacaagcg gcctttgtcg tgtcgcgggc gatcaaaggc acgcgcatcg 2100
gcggtgaggt tgccgaggcg ctggccgggt acgagctgcc cattcttgag tcccgtatca 2160
cgcagcgcgt gagctaccca ggcactgccg ccgccggcac aaccgttctt gaatcagaac 2220
ccgagggcga cgctgcccgc gaggtccagg cgctggccgc tgaaattaaa tcaaaactca 2280
tttgagttaa tgaggtaaag agaaaatgag caaaagcaca aacacgctaa gtgccggccg 2340
tccgagcgca cgcagcagca aggctgcaac gttggccagc ctggcagaca cgccagccat 2400
gaagcgggtc aactttcagt tgccggcgga ggatcacacc aagctgaaga tgtacgcggt 2460
acgccaaggc aagaccatta ccgagctgct atctgaatac atcgcgcagc taccagagta 2520
aatgagcaaa tgaataaatg agtagatgaa ttttagcggc taaaggaggc ggcatggaaa 2580
atcaagaaca accaggcacc gacgccgtgg aatgccccat gtgtggagga acgggcggtt 2640
ggccaggcgt aagcggctgg gttgtctgcc ggccctgcaa tggcactgga acccccaagc 2700
ccgaggaatc ggcgtgacgg tcgcaaacca tccggcccgg tacaaatcgg cgcggcgctg 2760
ggtgatgacc tggtggagaa gttgaaggcc gcgcaggccg cccagcggca acgcatcgag 2820
gcagaagcac gccccggtga atcgtggcaa gcggccgctg atcgaatccg caaagaatcc 2880
cggcaaccgc cggcagccgg tgcgccgtcg attaggaagc cgcccaaggg cgacgagcaa 2940
ccagattttt tcgttccgat gctctatgac gtgggcaccc gcgatagtcg cagcatcatg 3000
gacgtggccg ttttccgtct gtcgaagcgt gaccgacgag ctggcgaggt gatccgctac 3060
gagcttccag acgggcacgt agaggtttcc gcagggccgg ccggcatggc cagtgtgtgg 3120
gattacgacc tggtactgat ggcggtttcc catctaaccg aatccatgaa ccgataccgg 3180
gaagggaagg gagacaagcc cggccgcgtg ttccgtccac acgttgcgga cgtactcaag 3240
ttctgccggc gagccgatgg cggaaagcag aaagacgacc tggtagaaac ctgcattcgg 3300
ttaaacacca cgcacgttgc catgcagcgt acgaagaagg ccaagaacgg ccgcctggtg 3360
acggtatccg agggtgaagc cttgattagc cgctacaaga tcgtaaagag cgaaaccggg 3420
cggccggagt acatcgagat cgagctagct gattggatgt accgcgagat cacagaaggc 3480
aagaacccgg acgtgctgac ggttcacccc gattactttt tgatcgatcc cggcatcggc 3540
cgttttctct accgcctggc acgccgcgcc gcaggcaagg cagaagccag atggttgttc 3600
aagacgatct acgaacgcag tggcagcgcc ggagagttca agaagttctg tttcaccgtg 3660
cgcaagctga tcgggtcaaa tgacctgccg gagtacgatt tgaaggagga ggcggggcag 3720
gctggcccga tcctagtcat gcgctaccgc aacctgatcg agggcgaagc atccgccggt 3780
tcctaatgta cggagcagat gctagggcaa attgccctag caggggaaaa aggtcgaaaa 3840
ggtctctttc ctgtggatag cacgtacatt gggaacccaa agccgtacat tgggaaccgg 3900
aacccgtaca ttgggaaccc aaagccgtac attgggaacc ggtcacacat gtaagtgact 3960
gatataaaag agaaaaaagg cgatttttcc gcctaaaact ctttaaaact tattaaaact 4020
cttaaaaccc gcctggcctg tgcataactg tctggccagc gcacagccga agagctgcaa 4080
aaagcgccta cccttcggtc gctgcgctcc ctacgccccg ccgcttcgcg tcggcctatc 4140
gcggccgctg gccgctcaaa aatggctggc ctacggccag gcaatctacc agggcgcgga 4200
caagccgcgc cgtcgccact cgaccgccgg cgcccacatc aaggcaccct gcctcgcgcg 4260
tttcggtgat gacggtgaaa acctctgaca catgcagctc ccggagacgg tcacagcttg 4320
tctgtaagcg gatgccggga gcagacaagc ccgtcagggc gcgtcagcgg gtgttggcgg 4380
gtgtcggggc gcagccatga cccagtcacg tagcgatagc ggagtgtata ctggcttaac 4440
tatgcggcat cagagcagat tgtactgaga gtgcaccata tgcggtgtga aataccgcac 4500
agatgcgtaa ggagaaaata ccgcatcagg cgctcttccg cttcctcgct cactgactcg 4560
ctgcgctcgg tcgttcggct gcggcgagcg gtatcagctc actcaaaggc ggtaatacgg 4620
ttatccacag aatcagggga taacgcagga aagaacatgt gagcaaaagg ccagcaaaag 4680
gccaggaacc gtaaaaaggc cgcgttgctg gcgtttttcc ataggctccg cccccctgac 4740
gagcatcaca aaaatcgacg ctcaagtcag aggtggcgaa acccgacagg actataaaga 4800
taccaggcgt ttccccctgg aagctccctc gtgcgctctc ctgttccgac cctgccgctt 4860
accggatacc tgtccgcctt tctcccttcg ggaagcgtgg cgctttctca tagctcacgc 4920
tgtaggtatc tcagttcggt gtaggtcgtt cgctccaagc tgggctgtgt gcacgaaccc 4980
cccgttcagc ccgaccgctg cgccttatcc ggtaactatc gtcttgagtc caacccggta 5040
agacacgact tatcgccact ggcagcagcc actggtaaca ggattagcag agcgaggtat 5100
gtaggcggtg ctacagagtt cttgaagtgg tggcctaact acggctacac tagaaggaca 5160
gtatttggta tctgcgctct gctgaagcca gttaccttcg gaaaaagagt tggtagctct 5220
tgatccggca aacaaaccac cgctggtagc ggtggttttt ttgtttgcaa gcagcagatt 5280
acgcgcagaa aaaaaggatc tcaagaagat cctttgatct tttctacggg gtctgacgct 5340
cagtggaacg aaaactcacg ttaagggatt ttggtcatgc attctaggta ctaaaacaat 5400
tcatccagta aaatataata ttttattttc tcccaatcag gcttgatccc cagtaagtca 5460
aaaaatagct cgacatactg ttcttccccg atatcctccc tgatcgaccg gacgcagaag 5520
gcaatgtcat accacttgtc cgccctgccg cttctcccaa gatcaataaa gccacttact 5580
ttgccatctt tcacaaagat gttgctgtct cccaggtcgc cgtgggaaaa gacaagttcc 5640
tcttcgggct tttccgtctt taaaaaatca tacagctcgc gcggatcttt aaatggagtg 5700
tcttcttccc agttttcgca atccacatcg gccagatcgt tattcagtaa gtaatccaat 5760
tcggctaagc ggctgtctaa gctattcgta tagggacaat ccgatatgtc gatggagtga 5820
aagagcctga tgcactccgc atacagctcg ataatctttt cagggctttg ttcatcttca 5880
tactcttccg agcaaaggac gccatcggcc tcactcatga gcagattgct ccagccatca 5940
tgccgttcaa agtgcaggac ctttggaaca ggcagctttc cttccagcca tagcatcatg 6000
tccttttccc gttccacatc ataggtggtc cctttatacc ggctgtccgt catttttaaa 6060
tataggtttt cattttctcc caccagctta tataccttag caggagacat tccttccgta 6120
tcttttacgc agcggtattt ttcgatcagt tttttcaatt ccggtgatat tctcatttta 6180
gccatttatt atttccttcc tcttttctac agtatttaaa gataccccaa gaagctaatt 6240
ataacaagac gaactccaat tcactgttcc ttgcattcta aaaccttaaa taccagaaaa 6300
cagctttttc aaagttgttt tcaaagttgg cgtataacat agtatcgacg gagccgattt 6360
tgaaaccgcg gtgatcacag gcagcaacgc tctgtcatcg ttacaatcaa catgctaccc 6420
tccgcgagat catccgtgtt tcaaacccgg cagcttagtt gccgttcttc cgaatagcat 6480
cggtaacatg agcaaagtct gccgccttac aacggctctc ccgctgacgc cgtcccggac 6540
tgatgggctg cctgtatcga gtggtgattt tgtgccgagc tgccggtcgg ggagctgttg 6600
gctggctggt ggcaggatat attgtggtgt aaacaaattg acgcttagac aacttaataa 6660
cacattgcgg acgtttttaa tgtactgaat taacgccgaa ttaattcggg ggatctggat 6720
tttagtactg gattttggtt ttaggaatta gaaattttat tgatagaagt attttacaaa 6780
tacaaataca tactaagggt ttcttatatg ctcaacacat gagcgaaacc ctataggaac 6840
cctaattccc ttatctggga actactcaca cattattatg gagaaactcg agcttgtcga 6900
tcgacagatc cggtcggcat ctactctatt tctttgccct cggacgagtg ctggggcgtc 6960
ggtttccact atcggcgagt acttctacac agccatcggt ccagacggcc gcgcttctgc 7020
gggcgatttg tgtacgcccg acagtcccgg ctccggatcg gacgattgcg tcgcatcgac 7080
cctgcgccca agctgcatca tcgaaattgc cgtcaaccaa gctctgatag agttggtcaa 7140
gaccaatgcg gagcatatac gcccggagtc gtggcgatcc tgcaagctcc ggatgcctcc 7200
gctcgaagta gcgcgtctgc tgctccatac aagccaacca cggcctccag aagaagatgt 7260
tggcgacctc gtattgggaa tccccgaaca tcgcctcgct ccagtcaatg accgctgtta 7320
tgcggccatt gtccgtcagg acattgttgg agccgaaatc cgcgtgcacg aggtgccgga 7380
cttcggggca gtcctcggcc caaagcatca gctcatcgag agcctgcgcg acggacgcac 7440
tgacggtgtc gtccatcaca gtttgccagt gatacacatg gggatcagca atcgcgcata 7500
tgaaatcacg ccatgtagtg tattgaccga ttccttgcgg tccgaatggg ccgaacccgc 7560
tcgtctggct aagatcggcc gcagcgatcg catccatagc ctccgcgacc ggttgtagaa 7620
cagcgggcag ttcggtttca ggcaggtctt gcaacgtgac accctgtgca cggcgggaga 7680
tgcaataggt caggctctcg ctaaactccc caatgtcaag cacttccgga atcgggagcg 7740
cggccgatgc aaagtgccga taaacataac gatctttgta gaaaccatcg gcgcagctat 7800
ttacccgcag gacatatcca cgccctccta catcgaagct gaaagcacga gattcttcgc 7860
cctccgagag ctgcatcagg tcggagacgc tgtcgaactt ttcgatcaga aacttctcga 7920
cagacgtcgc ggtgagttca ggctttttca tatctcattg ccccccggga tctgcgaaag 7980
ctcgagagag atagatttgt agagagagac tggtgatttc agcgtgtcct ctccaaatga 8040
aatgaacttc cttatataga ggaaggtctt gcgaaggata gtgggattgt gcgtcatccc 8100
ttacgtcagt ggagatatca catcaatcca cttgctttga agacgtggtt ggaacgtctt 8160
ctttttccac gatgctcctc gtgggtgggg gtccatcttt gggaccactg tcggcagagg 8220
catcttgaac gatagccttt cctttatcgc aatgatggca tttgtaggtg ccaccttcct 8280
tttctactgt ccttttgatg aagtgacaga tagctgggca atggaatccg aggaggtttc 8340
ccgatattac cctttgttga aaagtctcaa tagccctttg gtcttctgag actgtatctt 8400
tgatattctt ggagtagacg agagtgtcgt gctccaccat gttatcacat caatccactt 8460
gctttgaaga cgtggttgga acgtcttctt tttccacgat gctcctcgtg ggtgggggtc 8520
catctttggg accactgtcg gcagaggcat cttgaacgat agcctttcct ttatcgcaat 8580
gatggcattt gtaggtgcca ccttcctttt ctactgtcct tttgatgaag tgacagatag 8640
ctgggcaatg gaatccgagg aggtttcccg atattaccct ttgttgaaaa gtctcaatag 8700
ccctttggtc ttctgagact gtatctttga tattcttgga gtagacgaga gtgtcgtgct 8760
ccaccatgtt gggcccggcg cgccaagctt ctagtgcagt gcagcgtgac ccggtcgtgc 8820
ccctctctag agataatgag cattgcatgt ctaagttata aaaaattacc acatattttt 8880
tttgtcacac ttgtttgaag tgcagtttat ctatctttat acatatattt aaactttact 8940
ctacgaataa tataatctat agtactacaa taatatcagt gttttagaga atcatataaa 9000
tgaacagtta gacatggtct aaaggacaat tgagtatttt gacaacagga ctctacagtt 9060
ttatcttttt agtgtgcatg tgttctcctt tttttttgca aatagcttca cctatataat 9120
acttcatcca ttttattagt acatccattt agggtttagg gttaatggtt tttatagact 9180
aattttttta gtacatctat tttattctat tttagcctct aaattaagaa aactaaaact 9240
ctattttagt ttttttattt aataatttag atataaaata gaataaaata aagtgactaa 9300
aaattaaaca aatacccttt aagaaattaa aaaaactaag gaaacatttt tcttgtttcg 9360
agtagataat gccagcctgt taaacgccgt cgacgagtct aacggacacc aaccagcgaa 9420
ccagcagcgt cgcgtcgggc caagcgaagc agacggcacg gcatctctgt cgctgcctct 9480
ggacccctct cgagagttcc gctccaccgt tggacttgct ccgctgtcgg catccagaaa 9540
ttgcgtggcg gagcggcaga cgtgagccgg cacggcaggc ggcctcctcc tcctctcacg 9600
gcacggcagc tacgggggat tcctttccca ccgctccttc gctttccctt cctcgcccgc 9660
cgtaataaat agacaccccc tccacaccct ctttccccaa cctcgtgttg ttcggagcgc 9720
acacacacac aaccagatct cccccaaatc cacccgtcgg cacctccgct tcaaggtacg 9780
ccgctcgtcc tccccccccc cccctctcta ccttctctag atcggcgttc cggtccatgg 9840
ttagggcccg gtagttctac ttctgttcat gtttgtgtta gatccgtgtt tgtgttagat 9900
ccgtgctgct agcgttcgta cacggatgcg acctgtacgt cagacacgtt ctgattgcta 9960
acttgccagt gtttctcttt ggggaatcct gggatggctc tagccgttcc gcagacggga 10020
tcgatttcat gatttttttt gtttcgttgc atagggtttg gtttgccctt ttcctttatt 10080
tcaatatatg ccgtgcactt gtttgtcggg tcatcttttc atgctttttt ttgtcttggt 10140
tgtgatgatg tggtctggtt gggcggtcgt tctagatcgg agtagaattc tgtttcaaac 10200
tacctggtgg atttattaat tttggatctg tatgtgtgtg ccatacatat tcatagttac 10260
gaattgaaga tgatggatgg aaatatcgat ctaggatagg tatacatgtt gatgcgggtt 10320
ttactgatgc atatacagag atgctttttg ttcgcttggt tgtgatgatg tggtgtggtt 10380
gggcggtcgt tcattcgttc tagatcggag tagaatactg tttcaaacta cctggtgtat 10440
ttattaattt tggaactgta tgtgtgtgtc atacatcttc atagttacga gtttaagatg 10500
gatggaaata tcgatctagg ataggtatac atgttgatgt gggttttact gatgcatata 10560
catgatggca tatgcagcat ctattcatat gctctaacct tgagtaccta tctattataa 10620
taaacaagta tgttttataa ttattttgat cttgatatac ttggatgatg gcatatgcag 10680
cagctatatg tggatttttt tagccctgcc ttcatacgct atttatttgc ttggtactgt 10740
ttcttttgtc gatgctcacc ctgttgtttg gtgttacttc tgcactaggt acctgcaggt 10800
cgacggatcc atcgataccg tcgagatgga ctacaaagac gatgacgata aagtcgagat 10860
ggactacaaa gacgatgacg ataaagtcga gatggactac aaagacgatg acgataaagt 10920
cgaggggggg ccctgaggat ccccgggaat tctaagagga gtccaccatg gtagatctga 10980
ctagtgttaa cg 10992

Claims (9)

1.水稻基因OsSMG6在调控水稻粒重、粒型、株高及抽穗期中的应用:
所述基因OsSMG6编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO:3所示;
所述水稻粒型包括粒长、粒宽和粒厚。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述水稻基因的核苷酸序列为SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列;所述水稻基因的cDNA序列为SEQ ID NO:2所示的核苷酸序列。
3.使水稻粒长变短、粒宽变宽、粒厚增加、粒重不变、株高升高、抽穗期延迟的方法,其特征在于,所述方法包括:利用基因工程手段,弱化或敲除水稻中的基因OsSMG6;其中,基因OsSMG6同权利要求1或2中所述。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述方法包括:以基因OsSMG6为靶基因,设计基于CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码所述sgRNA序列的DNA片段连接到携带CRISPR/Cas9的载体中,转化水稻,进而获得该基因功能缺失的转基因水稻。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
sgRNA作用位点的核苷酸序列为5’-GGAAACAGCTGGCGACCA-3’。
6.使植物谷粒粒长不变、粒宽不变、粒厚降低、粒重减轻、糙米粒长变短、粒宽变窄、穗长变短、剑叶变窄、株高降低、抽穗期提前的方法,其特征在于,所述方法包括:利用基因工程手段,在植物中过表达基因OsSMG6;其中,基因OsSMG6同权利要求1或2中所述;
所述植物为水稻。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述过表达的方式选自以下1)~5),或任选的组合:
1)通过导入具有所述基因的质粒;
2)通过增加植物染色体上所述基因的拷贝数;
3)通过改变植物染色体上所述基因的启动子序列;
4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接;
5)通过导入增强子。
8.按照权利要求3-7任一项所述方法获得的转基因水稻在水稻育种中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,育种方法包括转基因、杂交、回交、自交或无性繁殖。
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