一種水稻粒型相關蛋白glw2及其編碼基因與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于植物基因工程和植物育種，尤其涉及一種水稻粒型相關蛋白GLW2及其 編碼基因與應用。
【背景技術】
[0002] 水稻作為重要的糧食作物，在我國的糧食安全保障中具有重要的作用，不斷提高 稻谷單位面積產量是關系國計民生的大事。粒型對胚乳結構、米粒外觀、千粒重、結實率、穗 粒數等性狀均有巨大的影響，不僅是水稻品質的重要指標，同時也是產量增加的關鍵因素。 伴隨基因定位群體的不斷發展，以及新型分子標記的進一步開發，陸續有更多的水稻關鍵 性狀基因被定位以及克隆。關于這些新基因的研究大大的加強了人們對水稻籽粒性狀遺傳 特性和分子機理的認知，同時這些基因的合理利用指導并促進了水稻單產的增加和品質的 提尚。
[0003] 至今，Gramene QTL(http : //www · gramene · org/QTL)數據庫已收錄栽培稻QTL 8646個，其中產量相關性狀QTL 2064個，粒型相關QTL 219個，包含控制粒長位點26個，控制 粒寬、粒厚、長寬比位點分別31、3、9個，控制粒重位點22個。粒重性狀QTL較少可能由于粒重 基因與環境互作較強，遺傳特性相對復雜，及性狀鑒定相對困難造成的。粒型相關QTL主要 分布在第1、第2、第3及第5染色體上。在不同定位結果中，不同性狀的QTL匯集可能在同一染 色體區段，這可能代表了基因連鎖或一因多效的情況，解釋了群體中粒型多個性狀同步出 現的現象。另一方面，同一性狀的QTL也可能定位到不同染色體上，這則從染色體水平上解 釋了粒型數量性狀的來源。
[0004] 近年來，在全世界特別是中國科學家的積極努力下，水稻粒型和產量性狀相關基 因的克隆取得了長足的進展，但是由于數量性狀QTL克隆的復雜性，導致了現在已克隆的水 稻粒型和產量性狀相關基因還很少，水稻中調控粒型的機理任然不清楚，不完善。因此，水 稻籽粒粒型相關基因 GLW2的克隆和功能研究，對于明確水稻中調控籽粒粒型的分子機制和 其在雜交育種中的應用具有重要的意義。。
【發明內容】
[0005] 本發明的首要目的在于提供一種水稻粒型相關蛋白GLW2。
[0006] 本發明的再一目的在于提供上述水稻粒型相關蛋白GLW2的編碼基因。
[0007] 本發明的另一目的在于提供上述水稻粒型相關蛋白GLW2或編碼基因在控制水稻 籽粒粒型(長、寬）、提高水稻粒重及產量方面的應用。
[0008] 本發明是這樣實現的，應用圖位克隆技術從水稻材料307R中獲得一籽粒粒型相關 的基因，該基因的突變導致水稻籽粒粒長、粒寬顯著增加，從而導致籽粒粒重增加，命名為2 號染色體籽粒長寬基因 (GLW2)。
[0009] 由此，本發明提供了一種水稻粒型相關蛋白GLW2,具有如SEQ ID N0.2所示的氨基 酸序列。
[0010] 此外，本發明還包括多肽，可以是重組多肽、天然多肽、合成多肽，優選的是重組多 肽。本發明的多肽可以是天然純化的產物，或是化學合成的產物，或是使用重組技術從原核 或真核宿主(例如，細菌、酵母、高等植物、昆蟲和哺乳動物細胞）中產生。根據重組生產方案 所用的宿主，本發明的多肽可以是糖基化的，或可以是非糖基化的。本發明的多肽還可包括 或不包括起始的甲硫氨酸殘基。
[0011] 本發明還包括GLW2蛋白的片段、衍生物和類似物。本文中，術語"片段"、"衍生物" 和"類似物"是指基本上保持本發明的GLW2蛋白相同的生物學功能或活性的多肽。本發明的 多肽片段、衍生物或類似物可以是（1)有一個或多個保守或非保守性氨基酸殘基(優選保守 型氨基酸殘基)被取代的多肽，而這樣的取代的氨基酸殘基可以是也可以不是由遺傳密碼 編碼的，或(2)在一個或多個氨基酸殘基中具有取代基團的多肽，或(3)成熟多肽與另一個 化合物(比如延長多肽半衰期的化合物，例如聚乙二醇)融合所形成的多肽，或(4)附加的氨 基酸序列融合到此多肽序列而形成的多肽(如前導序列或分泌序列或用來純化此多肽的序 列或蛋白序列，或融合蛋白）。根據本文的定義，這些片段、衍生物和類似物屬于本領域技術 人員公知的范圍。
[0012] 在本發明中，GLW2蛋白指具有SEQIDN0.2序列的多肽。本發明還包括與SEQID N0.2序列的蛋白相同功能的、SEQ ID N0.2序列的變異形式。這些變異形式包括(但并不限 于）：若干個(通常為1~50個，較佳地1~30個，更佳地1~20個，最佳地1~10個或更少1~8 個或1~5個)氨基酸的缺失、插入和/或取代，以及在C末端和/或N末端添加一個或數個(通 常為20個以內，較佳地為10個以內，更佳地為5個以內）氨基酸。例如，在本領域內，用性能相 似的氨基酸進行取代時，通常不會改變蛋白質的功能。又比如，在C末端和/或N末端添加一 個或數個統稱也不會改變蛋白質的功能。還包括GLW2蛋白的活性片段和活性衍生物。
[0013] 多肽的變異形式包括：同源序列、保守性變異體、等位變異體、天然突變體、誘導突 變體、在高或低的嚴謹度條件下能與GLW2蛋白編碼DNA雜交的DNA所編碼的蛋白、以及利用 GLW2蛋白的抗血清獲得的多肽或蛋白。所述的同源序列是指具有與SEQ ID N0.2序列有至 少50%，較佳地至少60%，70%，80%，更佳地至少85%，90%，95%相同性的多肽。本發明還 提供了其他的多肽，如包含GLW2蛋白或其片段的融合蛋白。除了幾乎全長的多肽外，本發明 還包括了 GLW2蛋白的可溶性片段。通常，該片段具有GLW2蛋白的至少約20個連續的氨基酸， 通常至少約30個連續氨基酸，較佳地至少約50個連續氨基酸，更佳地至少約100個連續的氨 基酸，最佳地至少約150個連續氨基酸。
[0014] 本發明還提供GLW2蛋白或多肽的類似物。這些類似物與天然的GLW2蛋白的差異可 以是氨基酸序列上的差異，也可以是不影響序列的修飾形式上的差異，或者兼而有之。這些 多肽包括天然或誘導的遺傳變異體。誘導變異體可以通過各種技術得到，如通過輻射或暴 露于誘變劑而產生的隨機誘變，還可以通過定點誘變法或其他的已知的分子生物學的技 術。類似物還包括具有不同于天然L-氨基酸殘基(如D-氨基酸）的類似物，以及具有非天然 存在的或合成的氨基酸(如氨基酸）的類似物。應理解，本發明的多肽并不限于上述例舉 的代表性多肽。
[0015] 修飾(通常不改變一級結構)形式包括:體內或體外的多肽的化學衍生形式如乙酰 化或羧基化。修飾還包括糖基化。修飾形式還包括具有磷酸化氨基酸殘基(如磷酸酪氨酸， 磷酸絲氨酸，磷酸蘇氨酸)的序列。還包括被修飾從而提高了其抗蛋白水解性能或優化了溶 解性能的多肽。
[0016] 在本發明中還包括GLW2蛋白保守性變異蛋白（多肽），與SEQ ID N0.2的氨基酸序 列相比，有至多20個，較佳地至多10個，更佳地至多5個，最佳地至多3個氨基酸被性質相似 或相近的氨基酸所替代而形成的多肽，且保留與SEQ ID N0.2序列的蛋白相同的功能。
[0017] 進一步的，本發明提供了上述水稻粒型相關蛋白GLW2的編碼基因，該編碼基因為 具有如SEQ ID NO. 1所示的核苷酸序列；或，在嚴格條件下與SEQ ID NO. 1所示的核苷酸序 列雜交的核苷酸序列。即，本發明還提供了編碼本發明GLW2蛋白或其保守性變異多肽的多 核苷酸序列。
[0018] 本發明的多聚核苷酸(基因）可以是DNA形式或RNA形式。DNA形式包括CDNA、基因組 DNA或人工合成的DNAANA可以是單鏈或是雙鏈的。DNA可以是編碼鏈或非編碼鏈。編碼成熟 多肽的編碼區序列可以與SEQ ID N0.2所示的編碼區序列相同或者是簡并的變異體。如本 文所用，"簡并的變異體"在本發明中是指編碼具有SEQ ID N0.2的蛋白質，但與SEQ ID NO.2所示的編碼區序列有差別的核苷酸序列。
[0019] 編碼SEQ ID N0.2的成熟多肽的多核苷酸包括：只編碼成熟多肽的編碼序列；成熟 多肽的編碼序列和各種附加編碼序列;成熟多肽的編碼序列(和任選的附加編碼序列）以及 非編碼序列。
[0020] 本發明還涉及上述多核苷酸的變異體，其編碼與本發明有相同的氨基酸序列的多 肽或多肽的片段、類似物和衍生物。此多核苷酸的變異體可以是天然發生的等位變異體或 非天然發生的變異體。這些核苷酸變異體包括取代變異體、缺失變異體和插入變異體。如本 領域所知的，等位變異體是一個多核苷酸的替換形式，他可能是一個或多個核苷酸的取代、 缺失或插入，但不會從實質上改變其編碼的多肽的功能。
[0021] 本發明還涉及與上述的序列雜交且兩個序列之間具有至少50%，較佳地至少 70%，進一步較佳地至少80%，更佳地至少90%相同性的多核苷酸。本發明特別涉及在嚴格 條件下與本發明所述多核苷酸可雜交的多核苷酸。在本發明中，"嚴格條件"是指：（1)在較 低的離子強度和較高溫度下的雜交和洗脫，如〇. 2 X SSC，0.1 %SDS，60°C ;或(2)雜交時加有 變性劑，如50 % (V/V)甲酰胺，0.1 %小牛血清/0.1 Fico 11，42 °C等;或(3)僅在兩條序列之間 的相同性至少在70 %以上，較佳地至少80 %以上，更佳地90 %以上，更好是95 %以上時才發 生雜交。并且，可雜交的多核苷酸編碼的多肽與SEQ ID N0.2所示的成熟多肽有相同的生物 學功能和活性。
[0022] 本發明還涉及與上述的序列雜交的核酸片段。如本文所用，"核酸片段"的長