一种增加大豆产量的方法技术

本发明专利技术公开了一种增加大豆产量的方法，所述方法是将大豆糖转运蛋白GmGGS1编码基因导入普通的栽培大豆品种中增加大豆籽粒重量从而提高产量实现的；所述蔗糖转运蛋白GmGGS1氨基酸序列为SEQ ID NO：2所示，编码基因的核苷酸序列为SEQ ID NO：1所示。本发明专利技术应用大豆种子特异表达的一种蔗糖转运蛋白基因GmGGS1构建转化载体，转化常规的大豆品种，T0代转基因大豆植株自交，得到的T1代继续自交得到T2纯合植株，对得到的纯合T2代植株进行大田农艺性状考察，发现增加一份外源拷贝的转基因大豆能显著地提高原品种的籽粒大小，进而提高大豆单株产量，最高可将单株产量提高2倍。

【技术实现步骤摘要】
一种增加大豆产量的方法(一)
本专利技术涉及一种提高大豆产量的方法，特别涉及一种增加大豆籽粒重量的方法。(二)
技术介绍
高等植物叶片的光合产物是农作物产量形成的基础。研究表明，提高植物的光合作用可以提高植物的生物量，但却不一定能提高产量，真正决定作物种子产量的是同化产物向库(根和种子等)器官，尤其是种子中的分配(Stitt2013)。作物种子是农作物最重要的库，发育过程中的种子需要高效地从成熟组织中吸收营养物质，以促进自身的发育。可溶性糖向发育种子的转运能力，决定了胚胎细胞的大小和数目，最终影响了种子的大小。拟南芥蔗糖转体基因在种子发育过程中，在种皮和胚乳组织中特异表达(Chenetal.2015)。当这3个基因同时突变时，胚发育滞后、种子中淀粉和脂类物质含量降低,造成种皮皱缩、种子变小(Chenetal.2015)。这些种皮特异表达的糖转体蛋白的发现，为阐明植物同化产物从叶向种子转运的机制提供了重要线索。近期研究又发现，在玉米和水稻的驯化过程中，SWEET介导的己糖转运调控了种子灌浆过程(Sossoetal.2015)。大豆(Glycinemax.Merr.)是全球第一大油料作物，也是人类优质蛋白的主要来源，在全球农业生产中占据着重要的地位。在全球大豆生产中，转基因大豆是最早商业化的作物，也是当前种植面积最大的转基因作物，2016年转基因大豆的种植面积为9140万公顷，占全球转基因作物总面积的50％，占全球大豆种植总面积的78％。筛选与产量性状相关的重要候选基因，对培育高产转基因大豆品种意义重大。(三)
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种提高大豆产量的方法，所述方法是将一种大豆种子发育过程中特异表达的基因，采用常规杂交育种或转基因技术转入其他的大豆品种中，用于提高大豆籽粒的粒重，从而提高产量。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种增加大豆产量的方法，所述方法是将大豆糖转运蛋白GmGGS1编码基因导入普通的栽培大豆品种中增加大豆籽粒重量从而提高产量实现的；所述蔗糖转运蛋白GmGGS1氨基酸序列为SEQIDNO：2所示，编码基因的核苷酸序列为SEQIDNO：1所示，该基因为大豆种子特异表达的一种蔗糖转运蛋白基因。进一步，优选所述大豆的品种为大豆威廉姆斯82。本专利技术所述将GmGGS1编码基因导入受体大豆是先用SEQIDNO：1所示的核苷酸序列的基因转化普通的栽培大豆品种，对转化后的植株进行抗除草剂筛选，然后依次进行基因组脱氧核糖核酸(DNA)PCR、基因组测序等方法，证实得到的确实是转基因植株且外源基因已正确表达。T0代植株自交，得到的T1代继续自交得到T2纯合植株，对得到的纯合T2代植株进行温室和大田农艺性状考察，发现增加一份外源拷贝的转基因大豆能显著地提高原品种的籽粒大小；敲除该基因时，籽粒显著变小。通过以上实验，发现并证实了GmGGS1基因控制大豆种子大小。本专利技术所述利用GmGGS1基因进行的转基因操作的基本方法如下：(1)将GmGGS1基因组序列重组到大豆转基因载体中，得到增强表达转化载体pGGS1-OV，用于大豆遗传转化。(2)根据CRISPR/CAS9系统，设计GmGGS1基因的靶位点，构建基因敲除所用的载体pGGS1-CRISPR，用于大豆遗传转化。(3)将上述两个转基因载体通过电激法转入农杆菌菌株LBA4404，用该携带载体质粒的农杆菌进行大豆遗传转化。(4)以栽培大豆威廉姆斯82的子叶节为外植体，使用农杆菌侵染转化法，将目的基因表达框转入转基因大豆受体品种威廉姆斯82的基因组中。(5)子叶节经除草剂筛选、生长，获得GmGGS1基因的增强表达和敲除表达的转基因大豆植株。本专利技术所述大豆转基因植株的转基因鉴定：(1)pGGS1-OV转基因大豆植株经PCR检测，证实目的基因的额外拷贝是否整合到大豆基因组中。(2)根据pGGS1-CRISPR载体中设计的CRISPR/CAS9系统的基因编辑的靶序列，在靶序列两端设计PCR引物，检测靶序列在大豆基因组被编辑的情况。本专利技术所述转基因大豆植株的农艺性状鉴定：(1)转基因大豆T0代自交得到T1代，T1代自交得T2代；(2)分子鉴定外源基因在T2代植株中表达水平正常；(3)转基因T2植株在大田鉴定其农艺性状。(4)统计不同转基因株系在籽粒大小上的差异。与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：本专利技术应用大豆种子特异表达的一种蔗糖转运蛋白基因GmGGS1构建转化载体，转化常规的大豆品种，T0代转基因大豆植株自交，得到的T1代继续自交得到T2纯合植株，对得到的纯合T2代植株进行大田农艺性状考察，发现增加一份外源拷贝的转基因大豆能显著地提高原品种的籽粒大小，进而提高大豆单株产量，最高可将单株产量提高2倍；敲除该基因时，籽粒显著变小。本专利技术GmGGS1基因能够控制大豆种子大小，可用于转基因技术育种提高大豆产量。(四)附图说明图1、GmGGS1基因在大豆种子发育过程中的表达。A.大豆发育种子样品的发育时期示意图，其中S1、S2和S3表示受精后3-5天、10-14天和20-22天，S3样品又分为种皮和胚二个样品，分别以S3-1和S3-2表示；表达数据来源于两个种子大小不同的大豆品种，其中品种1为大粒的大豆品种，百粒重约28.1克；品种2为小粒的大豆品种，百粒重约7.2克。B.目标基因GmGGS1在两个参试大豆品种的种子发育过程中的RNA表达量，单位为FPKM，即每1百万个测序得到片段中来自于GmGGS1基因每千碱基长度的序列数。图2、增强表达转化载体为pGGS1-OV中T-DNA区域的图谱。LB和RB分别是T-DNA区的左右边界；P35S-花椰菜花叶病毒35S启动子，TEV-烟草蚀纹病毒；Tnos-胭脂碱合成酶基因终止子，bar-草丁膦乙酰转移酶基因，TVSP-大豆贮藏蛋白终止子，GmGGS1-G为GmGGS1基因连同上游启动子的全基因组序列(SEQIDNO.4)，Tnos-胭脂碱合成酶基因终止子。图3、基因编辑表达转化载体为pGGS1-CRISPR中T-DNA区域的图谱。LB和RB分别是T-DNA区的左右边界；P35S-花椰菜花叶病毒35S启动子，CAS9-规律成簇的间隔短回文重复(CRISPR)相关蛋白9，Tnos-胭脂碱合成酶基因终止子，bar-草丁膦乙酰转移酶基因，AtU6为拟南芥U6蛋白的启动子，gRNA是用于编辑GmGGS1基因的靶序列(SEQIDNO.4)。图4、转基因大豆pGGS1-CRISPR株系在基因编辑靶位点上的编辑效果。图5、转基因大豆pGGS1-OV株系和转基因大豆pGGS1-CRISPR株系的农艺性状。GGS1-OV-1、GGS1-OV-2和GGS1-OV-3为GmGGS1基因增强表达的三个转基因株系；ggs1是通过基因编辑获得的GmGGS1基因突变株系，WT为非转基因对照品种威廉姆斯82的种子籽粒。图6、GmGGS1基因增强表达和突变株系的粒重。A为ggs1、GGS1-OV-1、GGS1-OV-2、GGS1-OV-3株系的籽粒。B为对照(WT为非转基因对照品种威廉姆斯82的种子籽粒)、ggs1、GGS1-OV-1、GGS1-OV-2、GGS1-OV-3株系的百粒重；C为对照、ggs1、GGS1-OV-1、GGS1-OV-2、GGS1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增加大豆产量的方法，其特征在于所述方法是将大豆糖转运蛋白GmGGS1编码基因导入大豆中实现的；所述编码基因的核苷酸序列为SEQ ID NO：1所示。

【技术特征摘要】
1.一种增加大豆产量的方法，其特征在于所述方法是将大豆糖转运蛋白GmGGS1编码基因导入大豆中实现的；所述编码基因的核苷酸序列为SEQIDNO：1所示。2.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：寿惠霞，王守冬，李林，杜娟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33