OsRED1基因在植物抗旱和提高作物產(chǎn)量方面的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于基因工程應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水稻你貓》7基因在植物抗旱和提 高作物產(chǎn)量方面的新應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，水資源的短缺已成為全球面臨的危機(jī)。在所有生物及環(huán)境逆境中，干旱是農(nóng) 作物產(chǎn)量影響因素中僅次于病蟲(chóng)害的第二限制因子。
[0003] 水稻作為世界上最重要的糧食作物之一，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的耗水大戶(hù)，因而干旱對(duì) 于水稻產(chǎn)量的影響相較于其他農(nóng)作物產(chǎn)量更為明顯，因而干旱已成為影響水稻生產(chǎn)的最主 要障礙因子。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由干旱所導(dǎo)致的水稻減產(chǎn)可超過(guò)其它限制因素所造成減產(chǎn)的總和。因 此對(duì)于水稻抗旱及增產(chǎn)機(jī)制的研宄具有重要意義，但是目前可直接利用的成果甚少。
[0004] 由于水稻對(duì)于人類(lèi)生存的重要性及其他因素，因而水稻也是植物遺傳學(xué)、分子生 物學(xué)等研宄中常用的模式作物之一，在作物逆境條件下的抗性研宄也常以水稻作為基礎(chǔ)。 針對(duì)水稻中的《5貓》2基因（水稻基因組中編號(hào)：0s02g0121300)，已有研宄認(rèn)為，該基因所 編碼的蛋白屬于擁有肽基脯氨酰順?lè)词疆悩?gòu)酶活性的親免素蛋白家族，在蛋白質(zhì)折疊中起 著限速作用。進(jìn)一步的抗逆研宄認(rèn)為，該基因與水稻的抗鹽作用相關(guān)，但是關(guān)于該基因的其 他功能尚無(wú)研宄和報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供水稻基因在植物抗逆環(huán)境中其他作用，尤其是發(fā)明 人認(rèn)為該基因在植物抗旱方面具有新的作用，從而為培育抗旱植物新品種和提高農(nóng)作物產(chǎn) 量提供新的可能性。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下。
[0007] 基因在植物抗旱和提高作物產(chǎn)量方面的應(yīng)用，該基因與植物抗旱性能相 關(guān)，即具備該基因的植物體具有一定的干旱耐受性；所述植物優(yōu)選水稻，但不限于水稻。
[0008] 所述《5貓》2基因在在植物抗旱和提高作物產(chǎn)量方面的應(yīng)用，將該基因在植物體 內(nèi)超表達(dá)后，可使植物具有抗旱性能，并且能夠提高作物產(chǎn)量。
[0009] 水稻AsTffi別基因，又稱(chēng)6(56??基因，現(xiàn)有研宄表明，其CDS長(zhǎng)度為519bp，編碼 172個(gè)氨基酸的蛋白，是屬于擁有肽基脯氨酰順?lè)词疆悩?gòu)酶活性的親免素蛋白家族，在蛋白 質(zhì)折疊中起著限速作用。已有研宄表明，該基因的超表達(dá)材料具有較好的抗鹽能力，因而與 植物的耐鹽特性相關(guān)。
[0010] 發(fā)明人認(rèn)為，該基因不僅與植物的耐鹽特性相關(guān)，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)基因在干 旱逆境中的研宄，發(fā)現(xiàn)該基因通過(guò)調(diào)控水稻根系發(fā)育，提高水稻吸收水分的能力，表現(xiàn)出較 好的抗旱和增產(chǎn)特性，因而該基因在培育優(yōu)良的耐旱和高產(chǎn)植物品種中也具有新的用途， 從而為培育新的抗逆境作物新品種提供了新的可能。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為模擬干旱處理后的WT型和超表達(dá)基因的水稻的根系表型實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，其中A為典型根系對(duì)比圖，B為根的數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果； 圖2為模擬干旱處理后的WT型和超表達(dá)基因的水稻的根部木質(zhì)部傷流液統(tǒng)計(jì) 分析結(jié)果； 圖3為直接干旱脫水處理后的WT、超表達(dá)和RNAi水稻材料的表型分析對(duì)比； 圖4田間實(shí)驗(yàn)收獲后，WT、超表達(dá)和RNAi材料的根系表型及產(chǎn)量分析結(jié)果，其中A為典 型根系的對(duì)比；B為典型稻穗的對(duì)比；C為單株產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為了證明本發(fā)明所提出的《5貓》7基因與植物的抗旱性能、產(chǎn)量作用相關(guān)，發(fā)明人 進(jìn)行了一系列的對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)。下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
[0013] 在介紹具體實(shí)施例前，對(duì)實(shí)施例中所用到的相關(guān)水稻材料簡(jiǎn)要介紹如下。
[0014] 從水稻網(wǎng)站（http://rice. plantbiology. msu. edu/)獲得(?/??/基因的 CDS 序 列，根據(jù)超表達(dá)載體super-1300 (花椰菜病毒35S啟動(dòng)子，能有效表達(dá)外源基因，含有潮霉 素抗性基因）酶切位點(diǎn)，利用primer5. 0軟件設(shè)計(jì)特異性引物，以水稻基因組cDNA為模板， PCR擴(kuò)增出AsTffi別基因的⑶S全長(zhǎng)序列，經(jīng)過(guò)酶切鏈接把目的片段鏈接到super-1300載體 上，測(cè)序驗(yàn)證與似基因的CDS序列一致后，即獲得含有目的基因一 基因的超表 達(dá)載體。
[0015] RNA干涉是由雙鏈RNA介導(dǎo)的，在轉(zhuǎn)錄mRNA后水平關(guān)閉相應(yīng)基因表達(dá)的過(guò) 程，也就是序列特異性的轉(zhuǎn)錄后基因沉默。培育過(guò)程為，根據(jù)水稻網(wǎng)站（http://rice. plantbiology. msu. edu/)獲得的(?/??/基因的Q)S序列，針對(duì)RNA干涉載體pTCK303 (該 載體含有潮霉素抗性基因）酶切位點(diǎn)，利用primer5. 0軟件設(shè)計(jì)特異性引物，以水稻基因組 cDNA為模板，PCR擴(kuò)增出350bp特異的序列，經(jīng)過(guò)酶切鏈接把目的片段鏈接到pTCK303載體 上，測(cè)序驗(yàn)證與你貓似基因的CDS中的序列一致后，即獲得含有目的基因一 基因的 RNA干涉載體。
[0016] 所用的水稻背景材料鄭稻18號(hào)品種系是河南省農(nóng)科院糧作所培育，具體為：以高 產(chǎn)抗病的材料鄭稻2號(hào)為母本，以?xún)?yōu)質(zhì)材料鄭稻5號(hào)為父本雜交育成。該品種產(chǎn)量高、品質(zhì) 優(yōu)，較抗水稻穗頸瘟、白葉枯病。2006年通過(guò)河南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。實(shí)施例中 材料由河南省農(nóng)科院糧作所友情提供贈(zèng)送。
[0017] 將上述含有目的基因的超表達(dá)載體轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌EHA105感受態(tài)細(xì)胞，對(duì)水稻愈傷 組織進(jìn)行農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化。將水稻的愈傷組織浸沒(méi)在菌液中，浸泡5分鐘；暗培養(yǎng)兩天半 后清洗；進(jìn)行陽(yáng)性愈傷組織的篩選一個(gè)月的時(shí)間；然后對(duì)所篩選出來(lái)的陽(yáng)性愈傷組織進(jìn)行 愈傷組織的分化，一個(gè)半月后促分化苗的生根培養(yǎng)；兩星期后進(jìn)行煉苗；再一星期后栽培 入土進(jìn)行生長(zhǎng)。
[0018] 收集上述農(nóng)桿菌侵染后的水稻收獲的種子，撒種于含25 mg/L潮霉素的水中暗培 養(yǎng)，四天后陽(yáng)性植株對(duì)潮霉素有抗性，可正常生長(zhǎng)，陰性植株對(duì)潮霉素敏感，不能正常生長(zhǎng) 最后死亡。將陽(yáng)性苗移栽到營(yíng)養(yǎng)土中，成熟后收種子，所得種子繼續(xù)用潮霉素篩選并做進(jìn)一 步分子鑒定，將陽(yáng)性苗進(jìn)一步擴(kuò)大繁殖，獲得目的基因穩(wěn)定表達(dá)的純合體，即為實(shí)施例中所 用基因超表達(dá)的水稻植株。其中分別以水稻0E4、0E5株系制備了超表達(dá)突變體。
[0019] 實(shí)施例中所涉及水稻RNAi( RNA干涉材料)突變體，為以水稻野生型為原始材料，通 過(guò)RNAi干涉方法獲得的057?卻7基因的敲低（knock down)突變體，具體操作方法同上述基 因超表達(dá)水稻植株構(gòu)建方法，即將RNA干涉重組質(zhì)粒（RNA干涉載體)轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌EHA105感 受態(tài)細(xì)胞，然后通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)，篩選、培育水稻RNAi突變體，最終獲得了兩個(gè)株系RNAi-I 和 RNAi-2〇
[0020] 為證明基因在構(gòu)建相關(guān)轉(zhuǎn)基因植株過(guò)程中，該基因功能的表型并非由于 轉(zhuǎn)基因?qū)е轮仓瓯旧砘蛲蛔兯斐桑蚨鴮?shí)施例中采用了水稻的超表達(dá)材料的兩個(gè)株系 0Ε4和0Ε5及RNA干涉材料的兩個(gè)株系RNAi-I和RNAi-2。對(duì)這兩個(gè)株系的野生型水稻的 基因表達(dá)測(cè)定表明，0E5株系中AsTffi別基因表達(dá)量高于0E4個(gè)株系。RNA干涉材料 的兩個(gè)株系RNAi-I和RNAi-2都是把基因表達(dá)量降低了。
[0021] 水稻培養(yǎng)所用營(yíng)養(yǎng)液配方如下表所示。
[0022] 備注：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基因在植物抗旱和提高作物產(chǎn)量方面的應(yīng)用，其特征在于，該基因與植物抗 旱性能相關(guān)，即具備該基因的植物體具有干旱耐受性。
2. 如權(quán)利要求1所述基因在在植物抗旱和提高作物產(chǎn)量方面的應(yīng)用，其特征在 于，將該基因在植物體內(nèi)超表達(dá)后，可使植物具有抗旱性能，并且能夠提高作物產(chǎn)量。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于基因工程應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水稻OsRED1基因在植物抗旱和提高作物產(chǎn)量方面的新應(yīng)用。OsRED1基因與植物抗旱性能相關(guān)，即具備該基因的植物體具有一定的干旱耐受性；將該基因在植物體內(nèi)超表達(dá)后，可使植物具有抗旱性能，并且能夠提高作物產(chǎn)量。發(fā)明人認(rèn)為，對(duì)OsRED1基因在干旱逆境中的研究，發(fā)現(xiàn)該基因通過(guò)調(diào)控水稻根系發(fā)育，提高水稻吸收水分的能力，表現(xiàn)出較好的抗旱和增產(chǎn)特性，因而該基因在培育優(yōu)良的耐旱和高產(chǎn)植物品種中也具有新的用途，從而為培育新的抗逆境作物新品種提供了新的可能。
【IPC分類(lèi)】A01H5-00, C12N15-61, C12N15-84
【公開(kāi)號(hào)】CN104726487
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510089417
【發(fā)明人】艾鵬慧, 宋純鵬, 苗雨晨, 李洋, 劉浩, 申麗佳
【申請(qǐng)人】河南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日