一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的多效性基因及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于植物基因工程技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的 多效性基因及其應(yīng)用，本發(fā)明的基因來(lái)源于玉米QTL qKNPR6,位于玉米第6染色體上。該 基因控制玉米雌穗行粒數(shù)和穗粒數(shù)重要產(chǎn)量性狀。本發(fā)明公開(kāi)了一個(gè)控制qKNPR6的基因 ZmSTKR的分離克隆、功能證實(shí)及其應(yīng)用價(jià)值，本發(fā)明還涉及基于該基因的分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)與 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 玉米（Zea may L.)是當(dāng)今世界最重要的糧食、飼料、工業(yè)原料和能源作物，在保障 世界糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及緩解能源危機(jī)等方面作用巨大。與1990年相比，我國(guó)2010年玉 米總產(chǎn)量增加了 1. 83倍，但總產(chǎn)的增加主要依賴(lài)于種植面積的增加，單產(chǎn)提高對(duì)總產(chǎn)增加 的貢獻(xiàn)約35%~40%。由于土地供給的剛性制約，為滿(mǎn)足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展對(duì)玉米的需 求，提高玉米單位面積產(chǎn)量是遺傳育種學(xué)科的重大課題。
[0003] 在特定種植密度下，玉米單位面積產(chǎn)量由單穗籽粒產(chǎn)量與穗數(shù)決定；而單穗籽粒 產(chǎn)量又由每穗粒數(shù)（Kernel Number per Ear:KNE)和百粒重所決定?？梢?jiàn)，KNE是一個(gè)重 要的產(chǎn)量因子，分離并利用控制玉米穗粒數(shù)的關(guān)鍵基因，不僅有助于闡明KNE形成的遺傳 基礎(chǔ)，也可為玉米育種提供基因資源和理論支撐。
[0004] 鑒于此，本發(fā)明利用圖位克隆技術(shù)，分離了一個(gè)位于玉米第6染色體上，可控制玉 米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的QTL qKNPR6,該基因?yàn)閆mSTKR，編碼一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶類(lèi) 受體（ser/thr protein kinase receptor)蛋白。基于連鎖分析、自然群體中等位基因的 效應(yīng)分析、水稻遺傳轉(zhuǎn)化分析和相關(guān)分子生物學(xué)分析，證實(shí)了該基因在控制穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和 穗粒數(shù)等性狀上的生物學(xué)功能及其作用機(jī)理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供了一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的多效性基因 ZmSTKR，其 序列為SEQ ID NO. 1所示。該基因具有提高玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的功能，其對(duì)應(yīng)cDNA序列 為SEQ ID NO. 2所示，⑶S序列為SEQ ID NO. 3所示，其編碼的蛋白質(zhì)的氨基酸序列為SEQ ID NO. 4 所示。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供了一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的多效性基因的 制備方法，該方法易行，操作簡(jiǎn)便。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供了一種基于基因 ZmSTKR分子標(biāo)記的引物，針對(duì)掖 478和SL57-6ZmSTKR基因序列差異，設(shè)計(jì)基因標(biāo)記，通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇方法，能夠準(zhǔn)確 快捷的區(qū)分控制行粒數(shù)等位基因型的優(yōu)劣，即選擇具有與SL57-6ZmSTKR相同的等位基因 型的自交系作為優(yōu)異的等位變異用于玉米的遺傳改良。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種基于基因 ZmSTKR分子標(biāo)記的引物在玉米高產(chǎn)育種分子標(biāo)記 輔助選擇中的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明的最后一個(gè)目的在于提供了一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的多效性基因 在農(nóng)作物增產(chǎn)中的應(yīng)用，通過(guò)增加農(nóng)作物穗粒數(shù)和行粒數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)的目的。
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)措施：
[0011] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路如下：
[0012] 本發(fā)明是利用圖位克隆技術(shù)分離位于玉米第6染色體的行粒數(shù)和穗粒數(shù)性狀的 QTLqKNPR6,并對(duì)候選基因進(jìn)行生物學(xué)功能驗(yàn)證，將獲得的該基因命名為ZmSTKR (在以下描 述中，當(dāng)出現(xiàn)QTL qKNPR6時(shí)，即為ZmSTKR基因）。
[0013] 一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的多效性基因，通過(guò)以下步驟制備得到：
[0014] 提取SL57-6植株葉片總DNA，根據(jù)玉米B73基因組參考序列設(shè)計(jì)引物，ZmSTKR基 因 PCR擴(kuò)增重測(cè)序，獲得了 ZmSTKR基因完整的核苷酸序列（SEQ ID NO. 1所示)，引物表1所 示(擴(kuò)增SL57-6所用引物ID: 10,11，12,13)。PCR擴(kuò)增程序：94°C預(yù)變性5min，然后以94°C 變性40s，57°C退火40s，72°C延伸90s，進(jìn)行35個(gè)循環(huán)，最后72°C延伸5min。
[0015] 擴(kuò)增體系：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分離的基因?yàn)椋湫蛄袨镾EQ ID NO. 1所示。
2. 權(quán)利要求1所述基因的⑶S，其序列為SEQ ID NO. 3所示。
3. 權(quán)利要求1或2所述基因編碼的蛋白質(zhì)，其序列為SEQ ID NO. 4所示。
4. 權(quán)利要求1所述基因ZffiJTXTP分子標(biāo)記的引物，具體如下： GSP3 ：GTCCCGACTTCCGATAAA； TEP ：TGCTGCGTCAAGAAACAA； GSPl ：CCTTTTCTTTTCTTTCCTTTT； GSP2：ACATCTGACTGCTTTCCTAAC〇
5. 權(quán)利要求1或2所述基因在提高農(nóng)作物產(chǎn)量中的應(yīng)用。
6. 權(quán)利要求1或2所述基因在提高玉米產(chǎn)量中的應(yīng)用。
7. 權(quán)利要求1或2所述基因在提高水稻產(chǎn)量中的應(yīng)用。
8. 權(quán)利要求4所述引物在玉米高產(chǎn)育種分子標(biāo)記輔助選擇中的應(yīng)用。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種控制玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù)的多效性基因及其應(yīng)用，本發(fā)明的ZmSTKR基因來(lái)源于玉米QTLqKNPR6，位于玉米第6染色體上。其序列為SEQIDNO.1所示，對(duì)應(yīng)的CDS為SEQIDNO.3所示，該基因控制玉米雌穗行粒數(shù)和穗粒數(shù)重要產(chǎn)量性狀。通過(guò)在水稻中超表達(dá)該基因，可明顯增加水稻的穗粒數(shù)和行粒數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)的目的，針對(duì)掖478和SL57-6ZmSTKR基因序列差異，設(shè)計(jì)基因標(biāo)記，通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇方法，能夠準(zhǔn)確快捷的區(qū)分控制行粒數(shù)等位基因型的優(yōu)劣，選擇具有SL57-6ZmSTKR相同的等位基因型的自交系作為優(yōu)異的等位變異用于玉米的遺傳改良。
【IPC分類(lèi)】A01H5-00, C12N15-11, C07K14-705, C12N15-29, C12Q1-68
【公開(kāi)號(hào)】CN104878018
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410070155
【發(fā)明人】張祖新, 賈海濤, 劉瑞響, 朱秋麗, 郝妍妍
【申請(qǐng)人】華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2014年2月28日