一种提高小麦产量的方法技术

本发明专利技术公开了提高小麦产量的方法。该提高小麦产量的方法，包括如下步骤：抑制小麦中GASR7蛋白的表达和/或活性，进而使小麦产量提高。本发明专利技术通过基因组定点编辑技术同时突变小麦TaGASR7基因的三个位点(即同时敲除TaGASR7-A基因、TaGASR7-B基因和TaGASR7-D基因)，得到的纯合株即为高产小麦。本发明专利技术创制了具有较大千粒重的小麦种质和品种，丰富了小麦高产的材料。

Method for increasing wheat yield

The invention discloses a method for increasing wheat yield. The method for improving the yield of wheat comprises the following steps: inhibiting the expression and / or activity of GASR7 protein in wheat, and improving the yield of wheat. The invention simultaneously mutated three loci of the wheat TaGASR7 gene (i.e., simultaneously knocking out the TaGASR7-A gene, the TaGASR7-B gene and the TaGASR7-D gene) by means of the genome fixed-point editing technique, and the homozygous strain obtained is a high yield wheat. The invention creates Wheat Germplasm and varieties with large thousand grain weight, and enriches the materials with high yield of wheat.

【技术实现步骤摘要】
一种提高小麦产量的方法
本专利技术涉及生物技术育种领域，具体涉及一种突变小麦相关基因提高小麦产量的方法。
技术介绍
小麦是一种在世界各地广泛种植的禾本科植物，为世界上三大粮食作物之一。小麦的颖果是人类的主食，人类20％的能量消耗来自小麦。2010年，世界上小麦总产量6.51亿吨，仅次于玉米(8.44亿吨)，成为第二大粮食作物。虽然全球粮食逐年增产，但是随着人口的增长及耕地面积的减少，粮食短缺问题变成了一个全球性的现实问题。因此必须提高粮食产量才能应对全球粮食危机。小麦是具有分蘖成穗特性的作物，其单位面积产量由单位面积穗数、每穗粒数和粒重(一般用千粒重表示)，即产量“三因素”构成。在一定范围内每一个因素的增加，都可提高产量，其中千粒重又受籽粒长度、宽度、厚度、饱满度等因素的影响。
技术实现思路
为了解决粮食短缺问题，本专利技术提供了一种提高小麦产量的方法。本专利技术所提供的提高小麦产量的方法，包括如下步骤：抑制小麦中GASR7蛋白的表达和/或活性，进而提高小麦产量。上述方法中，所述抑制GASR7蛋白表达的方法可以为使GASR7蛋白的编码基因功能降低或丧失。使GASR7蛋白的编码基因功能降低或丧失，可采用现有技术中的任何方式实现，以使基因产生缺失突变、插入突变或碱基变换突变，进而实现基因功能降低或丧失。使GASR7蛋白的编码基因功能降低或丧失具体可以采取化学诱变、物理诱变、RNAi、基因组定点编辑、同源重组等方法。无论采取哪种方法，既可对GASR7蛋白的整个编码基因作为靶标，又可将调控GASR7基因表达的各个元件作为靶标，只要能实现基因功能丧失或降低即可。如可以将GASR7的编码基因的第1外显子、第2外显子、第3外显子作为靶标。上述基因组定点编辑方法中，可采用锌指核酸酶(Zincfingernuclease,ZFN)技术、类转录激活因子效应物核酸酶(Transcriptionactivator-likeeffectornuclease,TALEN)技术或成簇的规律间隔的短回文重复序列及其相关系统(Clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats/CRISPRassociated,CRISPR/Cas9system)技术，以及其它能实现基因组定点编辑的技术。上述各种基因定点突变技术，在操作中具体可按照如下步骤进行：在小麦中表达特异于靶标片段的核酸酶，在核酸酶的作用下，所述靶标片段被剪切，再通过小麦的自身DNA修复，完成对所述靶标片段的定点改造，进而实现使GASR7蛋白的编码基因功能降低或丧失。上述方法中，在小麦中表达特异于靶标片段的核酸酶的方法为：直接向小麦中导入核酸酶或向小麦中导入用于表达所述核酸酶的遗传物质。其中的遗传物质为DNA质粒或DNA线性片段或体外转录的RNA。核酸酶指进行定点编辑的活性功能物质。上述在小麦中表达特异于靶标片段的核酸酶的方法中还可包括如下步骤：将导入所述核酸酶或所述遗传物质后的小麦在无选择压力的情况下种植生长，所述核酸酶或未整合在小麦染色体上的所述遗传物质被细胞降解。在无选择压力情况下，植物自身的防御机制会抑制外源基因的进入并将已进入的外源基因降解。因而，将导入所述核酸酶或所述遗传物质后的小麦进行种植生长，外源基因(包括用于表达特异于所述靶标片段的核酸酶的质粒或成套质粒上的任何片段)不会整合入小麦基因组中，最终获得的小麦为非转基因的定点改造小麦。当使用CRISPR/Cas9方法时，相应的，所述遗传物质为能转录向导RNA和表达Cas9蛋白的重组载体或DNA线性片段；或所述遗传物质由能转录向导RNA的重组载体或DNA线性片段(或分别转录crRNA和tracrRNA的两个重组载体或DNA线性片段)，以及能表达Cas9蛋白的重组载体或DNA线性片段或RNA组成；或所述遗传物质由向导RNA，以及能表达Cas9蛋白的重组载体或DNA线性片段或RNA组成；所述向导RNA为由crRNA和tracrRNA通过部分碱基配对结合而成的具有回文结构的RNA；所述crRNA含有能够与所述靶标片段互补结合的RNA片段。在所述重组载体中，启动所述向导RNA的编码核苷酸序列转录的启动子可为U3启动子或者U6启动子。当使用TALEN核酸酶时，所述用于表达特异于所述靶标片段的核酸酶的遗传物质可为同时表达成对TALEN蛋白的重组质粒，或同时表达成对TALEN蛋白的DNA线性片段；或同时表达成对TALEN蛋白的RNA；所述TALEN蛋白由能够识别所述靶标片段并与其结合的DNA结合域和FokI结构域组成；当使用锌指核酸酶时，所述用于表达特异于所述靶标片段的核酸酶的遗传物质可为同时表达成对ZFN蛋白的重组质粒，或同时表达成对ZFN蛋白的DNA线性片段；或同时表达成对ZFN蛋白的RNA；所述ZFN蛋白由能够识别所述靶标片段并与其结合的DNA结合域和FokI结构域组成。本专利技术的具体例子中采用了CRISPR/Cas9技术，其中涉及的靶序列为SEQIDNo.1，使用的向导RNA序列为SEQIDNo.2。进一步具体的，本专利技术中使用了如下能转录向导RNA的重组载体：将SEQIDNo.3和SEQIDNo.4所示片段进行退火，然后与经BbsI酶切的pTaU6-gRNA载体骨架相连，得到重组载体，记作pTaU6-gRNA-C5。当使用该载体时需与pJIT163-Ubi-Cas9载体联合使用，才能实现上述专利技术目的。本专利技术中所述的提高小麦产量具体可为增加小麦的千粒重。上述方法适用于任何小麦，只要含有上述靶序列即可，本专利技术列举的例子是普通小麦(TriticumaestivumL.AABBDD,2n＝6x＝42)或四倍体小麦(TriticumturgidumL.var.durum,AABB,2n＝4x＝28)。由于小麦是多倍体植物，因此上述方法改造后得到的小麦可以是所有染色单体均被定点编辑的小麦，也可以是部分染色单体被定点编辑的小麦。本专利技术还提供了实现上述方法的一种工具，即用于提高小麦产量的试剂盒。本专利技术所提供的提高小麦产量的试剂盒，包括如下任一种：(1)gRNA分子：其序列如SEQIDNo.2所示；(2)所述gRNA的编码DNA分子；(3)表达所述gRNA的载体；(4)按照如下方法制备得到的重组载体：将SEQIDNo.3和SEQIDNo.4所示片段进行退火，然后与经BbsI酶切的pTaU6-gRNA载体骨架相连，得到重组载体，记作pTaU6-gRNA-C5。本专利技术通过基因组定点编辑技术同时突变普通小麦TaGASR7基因的三个位点(即同时敲除TaGASR7-A基因、TaGASR7-B基因和TaGASR7-D基因)，得到的纯合株即为高产小麦。本专利技术创制了具有较大千粒重的小麦种质和品种，丰富了小麦高产的材料。附图说明图1为小麦GASR7基因靶位点的gRNA/Cas9在小麦原生质体中的活性检测。图2为用PCR/RE检测gRNA/Cas9介导的普通小麦“Bobwhite”GASR7基因的T0代突变体以及测序结果。图3为用PCR/RE检测gRNA/Cas9介导的普通小麦“科农199”GASR7基因的T0代突变体以及测序结果。图4为PCR/RE检测gRNA/Cas9介导的四倍体小麦GASR7基因的T0代突变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高小麦产量的方法，包括如下步骤：抑制小麦中GASR7蛋白的表达和/或活性，进而使小麦产量提高。

【技术特征摘要】
1.一种提高小麦产量的方法，包括如下步骤：抑制小麦中GASR7蛋白的表达和/或活性，进而使小麦产量提高。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述抑制GASR7蛋白表达的方法为使GASR7蛋白的编码基因功能降低或丧失。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述使GASR7蛋白的编码基因功能降低或丧失的方法为化学诱变、物理诱变、RNAi、基因组定点编辑或同源重组。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述基因组定点编辑为ZFN方法、TALEN方法或CRISPR/Cas9方法。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述CRISPR/Cas9方法中，靶标序列为SEQIDNo.1。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述CRISPR/Cas9方法中使用的gRNA的序列为SEQIDNo.2。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彩霞，张毅，
申请(专利权)人：中国科学院遗传与发育生物学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11