调节植物种子休眠和萌发的基因及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种调节植物种子休眠和萌发的基因(GA2ox9)及其应用。所述GA2ox9通过调控胚乳中活性赤霉素(GA)的含量，影响α淀粉酶活性和可溶性糖的含量，改变胚中脱落酸(ABA)的信号，进而调控种子的休眠以及植物穗发芽。GA2ox9基因缺失导致种子休眠性下降，出现穗发芽现象；而过表达GA2ox9基因提高种子休眠性。本发明专利技术为植物的种子休眠性改良及降低穗发芽提供了新途径。提供了新途径。

【技术实现步骤摘要】
调节植物种子休眠和萌发的基因及其应用


[0001]本专利技术属于植物学和基因工程领域，更具体地，本专利技术涉及调节植物种子休眠和萌发的基因及其应用。

技术介绍

[0002]随着工业化信息化进程的加速以及人类医疗水平的提升，世界人口快速增加。粮食产量以及优良种质资源是关系民生的重中之重。利用现代分子遗传学的理论方法深入研究作物产量形成的分子遗传机理结合分子设计育种技术可以帮助人们更好的利用优质的种质资源。
[0003]禾谷类作物是重要的农作物，如何在有限的耕地上有效种植此类作物一直是农业工作者的研究重心。研究调节农作物种植的手段，是非常重要的工作。尤其是禾本科植物水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一，为全球一半以上的人口提供了主粮。随着世界人口的持续增长和可耕地面积的日益减少，以及环境污染的加剧，粮食生产面临更加严峻的挑战。对于一些人口大国而言，水稻的高产和优质直接影响人民群众的生活质量，对于保障国计民生具有重要意义，也直接关系到全球的粮食安全。
[0004]在育种过程中，往往会选择种子发芽迅速、整齐、成苗快、可获得较高经济产量的品种用于生产，但这种选择方式也会导致一些不良的现象，如培育的高产品种往往丧失了种子休眠性，在收获季节遇到高温多雨的天气多表现较强的穗发芽情况，严重影响稻米的产量和品质(杨浚等，1991)。穗发芽(Pre
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harvest sprouting,PHS)是指水稻在收获期遭遇高温高湿的条件时其籽粒在穗上萌发的现象，与种子的休眠和萌发密切相关。穗发芽不仅造成粮食作物减产和食用品质下降，而且影响作物制种质量。统计表明，由于南方水稻收获季节常常遭遇高温多雨，常规水稻有约6％的播种面积，而杂交水稻则高达20％的面积有穗发芽发生。
[0005]穗发芽的现象早在上世纪八十年代就已受到关注，也定位了多个与穗发芽相关的QTL，为后续关键基因的挖掘和克隆提供了线索。穗发芽的调控是一个复杂的生理过程，影响因素众多。除水分、温度、光照等外界因素外，还受到种子内的激素、糖类、活性氧、NO、microRNA等的影响。
[0006]尽管穗发芽问题已逐渐得到关注，特别是在模式植物拟南芥中的研究较多，但其在作物中的研究基础仍较薄弱。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供调节植物种子休眠和萌发的基因及其应用。
[0008]在本专利技术的第一方面，提供一种调节禾本科植物种子休眠和种子萌发的方法，包括：调节植物中GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性，从而调节植物种子休眠和种子萌发。
[0009]在一种或多种实施方式中，所述方法选自：(a)上调GA2ox9基因或其编码的蛋白的
表达或活性，从而提高种子休眠性或减少发芽(如穗发芽)；或，(b)下调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性，从而降低植物种子休眠性或促进发芽(如穗发芽)。
[0010]在一种或多种实施方式中，所述上调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性包括：将GA2ox9基因或含有该基因的表达构建物或载体转入植物中；或对GA2ox9基因表达或活性低下(包括无表达或无活性)的植物进行GA2ox9基因功能获得性突变。
[0011]在一种或多种实施方式中，所述下调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性包括：在植物中敲除或沉默GA2ox9基因，或抑制GA2ox9蛋白的活性；较佳地，包括：以CRISPR系统进行基因编辑从而敲除GA2ox9基因，以特异性干扰GA2ox9基因表达的干扰分子来沉默GA2ox9基因，以同源重组的方法敲除GA2ox9基因或对GA2ox9基因进行功能丧失性突变；较佳地，下调的方法包括：对GA2ox9基因进行改造使其发生移码或提前出现终止子(其编码的GA2ox9蛋白提供终止)；较佳地，所述的改造靶向于SEQ ID NO:1所示核苷酸序列的第367
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410位(较佳地，其中第384
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403位为gRNA靶结合区域，第381
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383为PAM序列)；较佳地，所述基因编辑运用的sgRNA的核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示。
[0012]在一种或多种实施方式中，GA2ox9基因或其编码的蛋白通过降低活性赤霉素(较佳地为种子胚乳中赤霉素)的含量，降低α淀粉酶活性，降低可溶性糖的含量，提高脱落酸(较佳地为胚中脱落酸)敏感性，提高种子休眠性或减少发芽。
[0013]在一种或多种实施方式中，下调GA2ox9基因或其编码的蛋白通过提高活性赤霉素(较佳地为种子胚乳中赤霉素)的含量，提高α淀粉酶活性，提高可溶性糖的含量，降低脱落酸(较佳地为胚中脱落酸)敏感性，降低植物种子休眠性或促进发芽。
[0014]在本专利技术的另一方面，提供一种GA2ox9基因、其编码的蛋白或它们的调节剂的用途，用于调节禾本科植物种子休眠和种子萌发。
[0015]在一种或多种实施方式中，所述调节剂为GA2ox9基因或其编码的蛋白为含有GA2ox9基因的表达构建物或载体，用于提高种子休眠性或减少发芽(如穗发芽)。
[0016]在一种或多种实施方式中，所述调节剂为GA2ox9基因或其编码的蛋白的下调剂，用于降低植物种子休眠性或促进发芽(如穗发芽)。
[0017]在一种或多种实施方式中，所述的下调剂包括：特异性编辑GA2ox9基因的基因编辑试剂，特异性干扰GA2ox9基因表达的干扰RNA分子(如siRNA、shRNA)或反义核苷酸等，通过同源重组敲除GA2ox9基因的试剂等。
[0018]在本专利技术的另一方面，提供一种筛选调节禾本科植物种子休眠和种子萌发的调节剂的方法，所述方法包括：(1)将候选物质加入到含有GA2ox9基因或其编码的蛋白的体系中；(2)检测所述体系，观测GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性；若所述候选物质上调(显著上调，如上调10％、20％、40％、60％、80％、90％或更高)GA2ox9基因或其编码的蛋白，则表明该候选物质是提高种子休眠性或减少发芽的调节剂；若所述候选物质下调(显著下调，如下调10％、20％、40％、60％、80％、90％或更高)GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性，则表明该候选物质是降低植物种子休眠性或促进发芽的调节剂。
[0019]在一种或多种实施方式中，所述筛选还包括观测GA2ox9基因或其编码的蛋白所参与的信号通路“GA2ox9
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赤霉素
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α淀粉酶
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可溶性糖
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脱落酸”的变化情况；若所述候选物质作用于GA2ox9基因或其编码的蛋白，进而降低活性赤霉素的含量、降低α淀粉酶活性、降低可溶性糖的含量或提高脱落酸(较佳地为胚中脱落酸)敏感性，则表明该候选物质是提高种
子休眠性或减少发芽的调节剂。
[0020]在一种或多种实施方式中，所述筛选还包括观测GA2ox9基因或其编码的蛋白所参与的信号通路“GA2ox9
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赤霉素
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调节禾本科植物种子休眠和种子萌发的方法，包括：调节植物中GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性，从而调节植物种子休眠和种子萌发。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法选自：(a)上调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性，从而提高种子休眠性或减少发芽；或(b)下调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性，从而降低植物种子休眠性或促进发芽。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性包括：将GA2ox9基因或含有该基因的表达构建物或载体转入植物中；或对GA2ox9基因表达或活性低下的植物进行GA2ox9基因功能获得性突变；或所述下调GA2ox9基因或其编码的蛋白的表达或活性包括：在植物中敲除或沉默GA2ox9基因，或抑制GA2ox9蛋白的活性；较佳地，包括：以CRISPR系统进行基因编辑从而敲除GA2ox9基因，以特异性干扰GA2ox9基因表达的干扰分子来沉默GA2ox9基因，以同源重组的方法敲除GA2ox9基因或对GA2ox9基因进行功能丧失性突变；较佳地，下调的方法包括：对GA2ox9基因进行改造使其发生移码或提前出现终止子；较佳地，所述的改造靶向于SEQ ID NO:1所示核苷酸序列的第367
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410位；较佳地，所述基因编辑运用的sgRNA的核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，GA2ox9基因或其编码的蛋白通过降低活性赤霉素的含量，降低α淀粉酶活性，降低可溶性糖的含量，提高脱落酸敏感性，提高种子休眠性或减少发芽；或下调GA2ox9基因或其编码的蛋白通过提高活性赤霉素的含量，提高α淀粉酶活性，提高可溶性糖的含量，降低脱落酸敏感性，降低植物种子休眠性或促进发芽。5.一种GA2ox9基因、其编码的蛋白或它们的调节剂的用途，用于调节禾本科植物种子休眠和种子萌发。6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述调节剂为GA2ox9基因或其编码的蛋白为含有GA2ox9基因的表达构建物或载体，用于提高种子休眠性或减少发芽；或所述调节剂为GA2ox9基因或其编码的蛋白的下调剂，用于降低植物种子休眠性或促进发芽。7.一种筛选调节禾本科植物种子休眠和种子萌发的调节剂的方法，所述方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛红卫，邢梅青，陈素卉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：