一种调控水稻植株株高的方法技术

技术编号:15601866 阅读:112 留言:0更新日期:2017-06-13 23:40
本发明专利技术属于基因工程技术领域,具体公开了一种调控水稻植株株高的方法,是将编码SEQ ID NO:2所示ptd1蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸的密码子定点突变为非半胱氨酸密码子,得到改造后的基因;将改造后的基因与启动子连接后转入正常株高的水稻植株,筛选获得与正常株高的水稻植株相比,株高发生变化的植株。本发明专利技术利用基因工程手段表达突变型

【技术实现步骤摘要】
一种调控水稻植株株高的方法
本专利技术涉及基因工程
,更具体地,涉及一种调控水稻植株株高的方法。
技术介绍
水稻是世界上最重要的粮食作物之一,如何提高水稻的产量一直是人们研究的重点,株高是影响作物产量的一个重要性状。上世纪50年代初,基于基因渗入的半矮秆育种使得栽培农作物如小麦和水稻的产量有了巨大的提升。为了进一步提高水稻产量,育种家提出了理想株型育种,虽然针对不同稻作区有不同的理想株型模式,但普遍要求有适当的株高,而不是单纯的矮杆或半矮杆。因此,研究并揭示水稻株高发育的分子机理对植物株型建成的基础研究和指导生产育种具有重要的理论和实践意义。水稻株高由复杂的基因调控网络控制。根据目前的报道,株高主要受激素如赤霉素(Gibberellin,GA)、油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)、独脚金内酯(Strigolactone,SL)等相关途径和极性生长素运输(PolarAuxinTransport)的调控,其中GA和BR相关途径研究最为深入。多数矮化突变体的产生都是由于这两种植物激素的生物合成或响应途径的缺陷;随着GA受体GID1(GA-INSENSITIVEDWARF1)、GID2(GA-INSENSITIVEDWARF2)和DELLA等关键蛋白的相继鉴定,GA控制植物株型建成的信号途径得以阐明。在拟南芥(Arabidopsisthaliana)中,已克隆数个与BR信号响应和传导相关的基因。如BRI1(Brassinosteroid-Insensitive1),编码一个定位在质膜的LRR受体激酶(Receptor-likekinase,RLK);BAK1(Bri1-associatedReceptorKinase1)则可与BRI1产生互作;通过筛选及研究BR信号途径的突变体,人们还鉴定了BRI1下游的抑制因子BKI1(BRI1KinaseInhibitor1),BIN2(BR-Insensitive2),BES1(Bri1-EMS-Suppressor1)以及BZR1(BrassinazoleResistant1)。此外,近年来鉴定了一种新的植物激素SL,其主要功能是调控植物茎的分枝,同时也控制株高发育。人们通过对水稻htd(hightilleringdwarf)、D10、D14、D3及D53等矮化突变体的深入研究,逐步揭示了SL调控侧枝及株高发育的分子机制。综上所述,GA、BR和SL等植物激素调控植物株高发育的分子机制已日渐明晰,然而,其他影响株高发育的因素仍需进一步探究。
技术实现思路
本专利技术揭示了一种控制植物株高的新的分子机制,并提供两种培育水稻矮化植株的方法。一种方法通过转基因表达突变型PTD1基因或定点突变了保守半胱氨酸密码子的ptd1基因实现矮化,另一种方法利用基因组靶向编辑内源的野生型ptd1基因实现矮化。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现的:一种调控水稻植株株高的方法,包括以下步骤:S1.将编码SEQIDNO:2所示ptd1蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸的密码子定点突变为非半胱氨酸密码子,得到改造后的基因;S2.将改造后的基因与启动子连接后转入正常株高的水稻植株,筛选获得与正常株高的水稻植株相比,株高发生变化的植株即可。专利技术人前期研究中发现一个表现为矮化的水稻植株,在该矮化植株的基础上通过图位克隆法获得野生型ptd1基因及矮化植株突变型PTD1基因。进一步地,专利技术人发现野生型ptd1蛋白具有脂质转移蛋白典型的8个半胱氨酸基序,该保守基序是分子内形成二硫键的关键位点,另外,还发现ptd1蛋白中第56位与102位半胱氨酸以及76位与116位半胱氨酸能够分别两两形成第3,4位的二硫键,这两个二硫键的破坏正是突变基因PTD1调控株高的关键,因此,若想调控水稻植株株高,只需要对ptd1蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸进行突变。优选地,本专利技术不对所述改造后的基因序列进行具体的限定,因为只要改造后的基因所编码的蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位不是半胱氨酸使得它们不形成二硫键即可。作为本专利技术的一种具体实施方式,所述改造后的基因可以是ptd1-mC102,116或ptd1-mC56,76,这两个基因中102位与116位(或56位与76位)编码的是甘氨酸。优选地,本专利技术所述调控水稻植株株高为使正常株高的水稻植株产生矮化表型。优选地,S1所述启动子为植物通用组成型启动子或ptd1基因的自身启动子。作为一种具体的实施方案,本专利技术所述矮化水稻植株的方法,包括以下步骤:S1.将SEQIDNO:3所述基因转入正常株高的水稻植株,进行超表达,得到转基因植物;S2.从S1所得到的转基因植物中筛选得到与正常株高的水稻植株相比,产生矮化表型的转基因植物。作为另外一种具体的实施方案,本专利技术所述矮化水稻植株的方法,包括以下步骤:S1.向正常株高的水稻植株中导入由SEQIDNO:5所述的自身启动子驱动的SEQIDNO:3所述基因,得到表达SEQIDNO:3所述基因的转基因植物;S2.从S1所得到的转基因植物中筛选得到与正常株高的水稻植株相比产生矮化表型的转基因植物。本专利技术还提供一种基于ptd1基因靶向编辑的培育方法,包括以下步骤:S1.利用基因组靶向编辑系统将正常株高的水稻植株中SEQIDNO:1所示ptd1基因进行靶向编辑,使所述基因第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸密码子发生改变,致使突变后的基因编码的蛋白丧失第3和/或第4位二硫键,得到定点突变的植物;S2.从S1所得到的定点突变的植物中筛选得到与正常株高的水稻植株相比株高矮化的植物。优选地,所述基因编辑系统可以是CRISPR/Cas系统。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:本专利技术提供了一种调控水稻植株株高的方法,是将编码SEQIDNO:2所示ptd1蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸的密码子定点突变为非半胱氨酸密码子,得到改造后的基因;将改造后的基因与启动子连接后转入正常株高的水稻植株,筛选获得与正常株高的水稻植株相比,株高发生变化的植株。本专利技术利用基因工程手段表达突变型PTD1基因或定点突变了保守半胱氨酸密码子的ptd1基因进行分子育种,在调节植物株高、植物理想株型的建成上具有潜在的应用价值。附图说明图1为水稻矮化突变体PTD1植株及株高相关基因PTD1/ptd1突变位点和二硫键形成模式图;其中,图1A显示突变体PTD1与野生型中花11(ZH11)的植株形态,右上角小图是PTD1抽穗时的形态;图1B为PTD1和ptd1基因的读码框及翻译蛋白比对图;图1C为ptd1二硫键形成模式,显示ptd1蛋白一级序列28~120位氨基酸,1,2,3和4表示半胱氨酸两两配对形成4对二硫键。图2为水稻株高相关基因PTD1突变重现、超表达及定点突变ptd1基因的转基因植株的鉴定实物图。ZH11为野生型水稻植株中花11,其中,图2A中突变重现植株(tPTD1)即为突变型PTD1基因与自身启动子构建的突变重现载体转化ZH11的T1代转基因植株;图2B中超表达植株(tUbi-PTD1)为突变型PTD1基因与超表达启动子(U本文档来自技高网
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一种调控水稻植株株高的方法

【技术保护点】
一种调控水稻植株株高的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1. 将编码SEQ ID NO:2所示ptd1蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸的密码子定点突变为非半胱氨酸密码子,得到改造后的基因;S2. 将改造后的基因与启动子连接后转入正常株高的水稻植株,筛选获得与正常株高的水稻植株相比,株高发生变化的植株即可。

【技术特征摘要】
1.一种调控水稻植株株高的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.将编码SEQIDNO:2所示ptd1蛋白中第56位和/或76位和/或第102位和/或116位半胱氨酸的密码子定点突变为非半胱氨酸密码子,得到改造后的基因;S2.将改造后的基因与启动子连接后转入正常株高的水稻植株,筛选获得与正常株高的水稻植株相比,株高发生变化的植株即可。2.根据权利要求1所述矮化水稻植株的方法,其特征在于,所述调控水稻植株株高为使正常株高的水稻植株产生矮化表型。3.根据权利要求1所述矮化水稻植株的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.将SEQIDNO:3所述基因转入正常株高的水稻植株,进行超表达,得到转基因植物;S2.从S1所得到的转基因植物中筛选得到与正常株高的水稻植株相比,产生矮化表型的转基因植物。4.根据权利要求1所述矮化水稻植株的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈远玲李日清徐毅炜陈水福夏继星刘耀光陈乐天毛润媛刘鹏
申请(专利权)人:华南农业大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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