中国菰ZlRc基因在提高水稻种子原花青素含量中的应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程技术领域。本发明专利技术的目的在于提高水稻种子原花青素含量，提供中国菰ZlRc基因在提高水稻种子原花青素含量中的应用，所述ZlRc基因具有如SEQ ID No.1所示的核苷酸序列或该序列经替换、缺失或添加一个或几个核苷酸形成的具有同等功能的核苷酸序列。本发明专利技术能够有效在水稻中过表达ZlRc基因。在与对照植株生长环境一致的情况下，过表达ZlRc基因的水稻所收获的种子与对照组相比，具有更高的总酚、总黄酮和总原花青素含量以及更高的DPPH自由基清除能力和ABTS

【技术实现步骤摘要】
中国菰ZlRc基因在提高水稻种子原花青素含量中的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程
，特别是涉及中国菰ZlRc基因在提高水稻原花青素含量中的应用。

技术介绍

[0002]水稻作为我国最主要的粮食作物之一，可为人体提供必需的营养物质。稻谷经清理、砻谷、碾米等工序制成大米，在碾米过程中糊粉层和胚被碾除得越多，保留部分愈接近纯胚乳，导致脂肪、蛋白质、维生素、矿物质和其它植物化学物质(如酚酸、类黄酮和γ
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谷维素等)的损失也愈多。高精度加工大米食用口味和消化性虽然得到了提高，但是其营养价值却降低。随着人们生活水平的提高，在保证能量供给的前提下，消费者逐渐开始追求营养与健康。已有研究发现红米的抗氧化活性显著高于一般的糙米，这主要是由于红米的红色或浅红色表皮含有丰富的原花青素的原因，因此一些有色稻米越来越受到消费者及研究人员的关注。
[0003]黄酮类化合物，如花青素、黄酮醇和原花青素，是植物的主要次生代谢产物。有色稻米主要因富含不同类型的类黄酮化合物而呈现出不同的颜色，如棕色、红色、紫色和黑色等。其中紫色、黑色种皮一般是由花青素积累形成，而棕色、红色种皮是由于原花青素的积累形成的。原花青素是一种以儿茶素或表儿茶素为主要结构单元的多酚类聚合物，是目前国际上公认的清除人体内自由基的有效天然抗氧化剂，且原花青素的清除自由基的效果优于维生素C、维生素E、白藜芦醇和抗坏血酸。另外，原花青素还具有抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌、抗动脉粥样硬化、抗心脑血管疾病、降血糖、降血脂、降血压、调节肠道菌群等多种作用，目前已被广泛地应用于保健食品、医药和化妆品等领域。
[0004]目前大多数栽培稻的颜色为白色，而大多数野生稻的颜色为红色，谷粒颜色一直是驯化过程中的一个重要目标，Rc和Rd的驯化就是对稻壳颜色的选择。已有的研究显示，红米主要受控于两个基因的表达——第七染色体上的Rc和第一染色体上的Rd。Rc编码bHLH转录因子，Rd编码二氢黄酮醇4
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还原酶(dihydroflavonol 4
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reductase，DFR)。Rc是水稻种皮原花青素生物合成的决定因素，且与Rd基因存在互补作用，当只有Rc存在时，水稻种皮呈棕色；当只有Rd存在时，水稻种皮无颜色；当Rc和Rd同时存在时，水稻种皮才呈红色。
[0005]中国菰(Zizania latifolia)起源于中国，与水稻同属禾本科(Gramineae)，主要分布于中国、日本、韩国、印度和部分东南亚国家。中国菰资源在中国十分丰富，尤其是长江中下游地区和淮河流域的一些水面分布最为广泛。研究表明，来自长江中下游地区的野生中国菰是一种良好的禾谷类作物驯化候选品种。中国菰的颖果称为中国菰米(Chinese wild rice)，其在我国作为粮食食用已经有3000多年的历史。中国菰米是一种全谷物，其所含的酚酸、类黄酮和其它植物化学物质具有优异的抗氧化特性，是一种很有潜力的功能性食品原料。中国菰米富含原花青素类化合物，其原花青素含量可达普通稻米的6倍、红米的3倍，抗氧化活性可达普通稻米的5倍、红米的3倍。通过中国菰和水稻的基因组比对和共线性分析，中国菰中的ZlRc与水稻中的Rc序列相似度较高，为中国菰中调控原花青素合成的
bHLH转录因子。因此，中国菰中原花青素生物合成相关调控基因的发掘，对创新富含原花青素的功能型稻米品种、改善居民膳食结构和降低造成慢性疾病的膳食风险因素都具有重要的现实意义和应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提高水稻种子原花青素含量，提供中国菰ZlRc基因在提高水稻种子原花青素含量中的应用。本专利技术分离和应用一种包含ZlRc基因的DNA片段，利用组成型启动子驱动该片段超量转录ZlRc基因后时，水稻种子的原花青素含量显著增加。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]中国菰ZlRc基因在提高水稻种子原花青素含量中的应用，所述ZlRc基因具有如SEQ ID No.1所示的核苷酸序列或该序列经替换、缺失或添加一个或几个核苷酸形成的具有同等功能的核苷酸序列。
[0009]进一步的，所述具有同等功能的核苷酸序列与SEQ ID No.1所示的全长序列之间至少有99％的同一性。
[0010]进一步的，所述ZlRc基因编码的蛋白质序列如SEQ ID No.2所示，共657个氨基酸。
[0011]进一步的，将ZlRc蛋白的过表达载体转入水稻中，得到能够过表达ZlRc的转基因水稻。
[0012]进一步的，将ZlRc基因序列构建到1390
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UBI过表达载体上，将所述过表达载体转入水稻中，通过提高该基因mRNA的表达量而获得种子原花青素含量显著提高的转基因水稻植株。
[0013]进一步的，将所述过表达载体通过化学转化方式转化到农杆菌中，通过农杆菌浸染愈伤组织的方式，获得独立转化体，通过植株再生，得到所述转基因水稻。
[0014]有益效果：
[0015]采用PCR技术，从中国菰基因组DNA中扩增得到本专利技术中含有ZlRc基因编码序列的基因组DNA片段(SEQ ID NO：1所示)，将这一序列构建到1390
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UBI过表达载体上，利用该载体转化水稻，可通过提高该基因mRNA的表达量而获得种子原花青素含量显著提高的转基因水稻植株。
[0016]本专利技术提供了过表达ZlRc在提高水稻种子原花青素含量中的应用。本专利技术能够有效在水稻中过表达ZlRc基因。在与对照植株生长环境一致的情况下，过表达ZlRc基因的水稻所收获的种子与对照组相比，具有更高的总酚、总黄酮和总原花青素含量以及更高的DPPH自由基清除能力和ABTS
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自由基吸收能力。这说明ZlRc基因过表达对水稻中原花青素类化合物的合成途径具有有效调控作用，提高了转基因水稻种子中的原花青素含量，进而导致水稻种子变红。
[0017]本专利技术基于中国菰基因组测序结果，通过与水稻基因组比对和共线性分析，在中国菰中克隆得到一个控制原花青素合成的基因ZlRc。生物学功能验证表明，过表达ZlRc基因引起转基因水稻种子原花青素含量显著提升，本专利技术证实了ZlRc基因的生物学功能及其应用途径和方法。
附图说明
[0018]图1为实施例1采用ClustalΩ软件(公开使用软件)将ZlRc基因推导的蛋白序列与水稻和玉米中的同源基因序列进行比对的结果。从图1可以看出，ZlRc与Rc和Lc蛋白序列具有一定的相似度，且其若干位点是保守的。附图标记说明：在图1中Rc为水稻中与本专利技术同源的基因，Lc为玉米中与本专利技术同源的基因，ZlRc基因为本专利技术克隆的基因。
[0019]图2为实施例1阳性克隆测序峰图和测序结果与Rc基因序列比对结果。附图标记说明：(A)为阳性克隆测序峰图；(B)为测序结果与Rc基因序列比对结果。
[0020]图3为实施例2过表达载体1390
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UBI的物理图谱。
[0021]图4为实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.中国菰ZlRc基因在提高水稻种子原花青素含量中的应用，其特征在于，所述ZlRc基因具有如SEQ ID No.1所示的核苷酸序列或该序列经替换、缺失或添加一个或几个核苷酸形成的具有同等功能的核苷酸序列。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述具有同等功能的核苷酸序列与SEQ ID No.1所示的全长序列之间至少有99％的同一性。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述ZlRc基因编码的蛋白质序列如SEQ ID No.2所示。4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫宁，于秀婷，吴丹丹，祁倩倩，杨婷，纪春，李亚丽，解颜宁，张晶，杜咏梅，刘新民，张忠锋，
申请(专利权)人：合肥戬谷生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：