技术摘要：
本发明公开了水稻粒长基因及其分子标记的应用，属于植物功能基因组技术领域，所述调控基因为GS3‑5，其中所述GS3‑5编码区的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO.1所示，氨基酸序列如序列表SEQ ID NO.2所示。GS3‑5是目前发现的功能最强的负调控水稻粒长的GS3等位基因，为在稻  全部
背景技术：
水稻是我国最重要的农作物之一，也是世界半数以上人口的主食。如何尽快提高 水稻产量，改良稻米品质已成为水稻遗传育种的重要目标。水稻粒形(粒长、粒宽、粒厚、长 宽比)是复杂的数量性状，受多基因调控，同时也是遗传力较高的性状。粒形不仅直接影响 水稻单株产量，也影响稻米外观品质及加工品质。同时水稻粒形性状在进化中易于被选择 固定，可用于研究水稻进化过程。因此，克隆粒形相关功能基因并阐述其形成机理，是进一 步提高稻米产量和改善稻米品质的基础。同时挖掘粒形基因的功能性遗传变异并开发相应 功能标记，为实现水稻分子设计育种提供更多基因资源和参考价值。 稻米粒形是典型的数量性状，由几个主效基因及许多微效基因共同调控。在初级 作图群体中利用分子标记对控制粒形性状的QTL(Quantitative  Trait  Locus)进行初步定 位和效应值分析，将复杂的数量性状分解为简单的孟德尔因子进行研究；构建次级作图群 体并筛选出较多重组单株进行后代测验，从而缩小区间完成精细定位，最终克隆目的基因。 传统图位克隆主要是通过构建遗传连锁图谱定位克隆相应目标基因，构建作图群体及筛选 分子标记的步骤繁琐且耗时耗力。随着高通量测序技术的迅速发展，多种通过测序手段定 位基因的简便方法逐渐被开发出来。通过结合全基因组测序与BSA分析法开发出MutMap和 QTL-seq两种快速定位QTL的方法(Michelmore等,1991,Proc  Nat  Acad  Sci  USA,88:9828- 9832；Takagi等,2013,Plant  J,74:174-183；Zhang等,2019,Mol  Plant,12:426-437)。通过 结合BSA分析法(Bulked  Segregant  Analysis)和芯片技术/二代测序技术的优点，引入共 分离标记开发了一种新的快速图位克隆方法，为快速大批量克隆自然变异调控基因提供了 可能。 基于以上图位克隆方法，在水稻基因组上已经鉴定到一系列控制粒形的QTL位点， 主要包括控制水稻粒长基因GS3、qGL3、TGW6、GW6a、GS2、GLW7和TGW3等，控制水稻粒宽基因 GW2、GW5、GS5、GW8和GW7等(Fan等,2006,Theor  Appl  Genet,112:1164-1171；Qi等,2012, Cell  Res,22:1666-1680；Ishimaru等,2013,Nat  Genet,45:707-711)。 其中，GS3是Fan等利用图位克隆方法克隆到的第一个控制水稻粒形的主效基因， 该基因编码一个含有232个氨基酸的三聚体G蛋白γ亚基。完整的GS3蛋白包含4个结构域， 即N端植物特有的器官大小调控结构域(Organ  size  regulation,OSR)、跨膜结构域、TNFR 结构域(Tumor  necrosis  factor  receptor ,TNFR)以及VWFC结构域(Von  Willebrand  factor  type  C ,VWFC)。目前为止，已经发现存在四种GS3的等位基因(Mao等,2006 ,Proc  Natl  Acad  Sci  USA,107(45):19579–19584)。其中，与ZS97(GS3-1，中粒)和NIP(GS3-2，中 粒)的GS3序列相比，MH63(GS3-3，长粒)中GS3的第二外显子处半胱氨酸密码子(TGC)突变为 终止密码子(TGA)，导致翻译提前终止，蛋白3’端缺失178个氨基酸，因此编码蛋白丧失功能 3 CN 111593060 A 说　明　书 2/7 页 使种子变大。而川7(GS3-4，短粒)中GS3第二外显子没有发生突变，但在第五外显子处一个C 碱基的缺失导致翻译提前终止，GS3蛋白缺失TNFR和VWFC结构域，只保留一个OSR结构域，表 现出超短粒的表型，是一种特有的强功能等位变异。进一步的研究表明，GS3蛋白通过N端结 构域竞争结合RGB1，抑制DEP1/GGC2的下游信号从而负调控粒长，通过C端结构域稳定自身 蛋白。ZS97中的GS3蛋白因为C端尾巴较长更容易降解，GS3-4比GS3-1可积累更多的GS3蛋白 (Sun等,2018,Nat  Commun,9:851)。 对已克隆的粒形基因功能进行总结分析，主要涉及到泛素蛋白酶体通路、G蛋白信 号通路、激素途径、MAPK信号通路、多肽信号途径、表观遗传和转录因子途径等多种调控路 径(Fan等,2019,Mol  Breeding,39:163-25)。一些通路相互交叉形成复杂精密的调控网路， 最终影响着水稻种子生长发育。目前已克隆的水稻粒形基因大多是单个基因的功能研究与 应用，多基因遗传互作研究较少，在粒形基因的克隆及其功能解析上，也应进一步完善粒形 基因间的互作调控网络。
技术实现要素：
本发明的目的是利用图位克隆法鉴定到控制水稻粒长的主效基因GS3的一种新等 位基因GS3-5，并分离出完整编码区段DNA片段，利用这种新的等位基因型提高水稻产量并 改良稻米品质，为水稻产量和品质的遗传改良提供新的基因资源。 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 一种水稻粒长调控基因，所述调控基因为GS3-5，其中所述GS3-5编码区的核苷酸 序列如序列表SEQ  ID  NO.1所示。 优选地，所述GS3-5的氨基酸序列如序列表SEQ  ID  NO.2所示。 一种水稻粒长调控基因GS3-5在调控水稻粒长中的应用。 一种水稻粒长调控基因的功能性标记，所述功能性标记为GS3-CDS引物，所述GS3- CDS引物的序列如序列表SEQ  ID  NO.3-4所示。 上述功能性标记GS3-CDS引物在区分GS3的等位基因GS3-1、GS3-2、GS3-4和GS3-5 中的应用。 一种水稻粒长调控基因的InDel分子标记，所述InDel分子标记为C3L4和C3L6，其 中所述分子标记C3L4的引物序列如序列表SEQ  ID  NO.5-6所示，所述分子标记C3L6的引物 序列如序列表SEQ  ID  NO.7-8所示。 一种水稻粒长调控基因的InDel分子标记，所述InDel分子标记为C3S6和C3S7，其 中所述分子标记C3S6的引物序列如序列表SEQ  ID  NO.9-10所示，所述分子标记C3S7的引物 序列如序列表SEQ  ID  NO.11-12所示。 上述水稻粒长调控基因的InDel分子标记在精细定位GS3-5及分子标记辅助育种 中的应用。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： (1)本发明在超短粒水稻中鉴定到了一个水稻粒长主效基因GS3的等位基因GS3- 5，并且GS3-5是目前发现的功能最强的负调控水稻粒长的GS3等位基因，这为在稻米产量育 种和品质育种中充分利用GS3优异等位基因奠定了基础，也为探究水稻粒形形成的分子机 制以及完善粒形基因间的互作调控网络提供了新的方向。 4 CN 111593060 A 说　明　书 3/7 页 (2)本发明提供了可将多种GS3等位基因区分开来的一种功能性标记GS3-CDS，能 够简单快速低成本的鉴定GS3的不同等位基因型，以预测水稻粒长变异，同时本发明还提供 了用于精细定位GS3-5的分子标记，以对超短粒性状基因型进行筛选，上述功能性标记和分 子标记可用于辅助育种以缩短育种年限，加快育种进程，提高育种效率，为实现水稻分子设 计育种提供更多基因资源和参考价值。 附图说明 图1为本发明实施例1的技术流程图； 图2为本发明实施例1中GS3-5等位基因鉴定结果图，其中2-a为ZML和川7的粒长表 型图；图2-b和2-c为ZML/川7  F2遗传群体双亲的粒长表型图；图2-d为GS3-5基因的图位克 隆，图2-e为两种纯合基因型的粒长表型统计图； 图3为本发明实施例1中GS3-5等位基因鉴定结果图，其中3-a为NIP和核心478的粒 长表型图；图3-b和3-c为NIP/核心478  F2遗传群体双亲的粒长表型图；图3-d为GS3-5基因 的图位克隆，图3-e为两种纯合基因型的粒长表型统计图； 图4为利用功能性标记GS3-CDS区分多种GS3等位基因的PAGE检测结果图； 图5为GS3五种等位基因型的基因序列和蛋白序列比较； 图6为GS3五种等位基因对应的五种水稻品种的种子粒长表型图。