一种水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2及其分子标记的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种水稻种子耐贮藏性基因OsGH3‑2及其分子标记的应用，本发明专利技术图位克隆了水稻种子耐贮藏性基因OsGH3‑2，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。本发明专利技术通过遗传转化验证了该基因在提高水稻种子耐贮藏能力中的功能：利用RNAi技术诱导OsGH3‑2基因功能丧失以及RNAi降低OsGH3‑2基因表达量，证实了该基因可以显著地增强水稻种子的耐贮藏性。本发明专利技术还提供了与OsGH3‑2基因紧密连锁的分子标记，利用该分子标记可以检测OsGH3‑2单倍型与基因选择，实现其在培育种子耐贮藏性强的水稻品种中的应用。

Application of OsGH3-2, a Storage Tolerance Gene in Rice Seeds and Its Molecular Markers

【技术实现步骤摘要】
一种水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2及其分子标记的应用
本专利技术属于作物分子生物学领域，具体地说，涉及一种水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2及其分子标记的应用。
技术介绍
种子是植物遗传物质载体，还是农业生产基本的物质资料和主要产出形式。作物种子收获后受贮藏环境诱导不可避免地发生老化，导致生活力下降,进而影响其种用价值与作物产量(YamauchiandWinn1996)。由于农作物季节茬口安排、种子供应的市场性行为以及稳定农业生产的政策需要，常年都需要一定数量种子储备或库存。我国主要农作物如水稻、玉米、小麦等近年平均种子库存量接近12亿公斤，贮藏期间生活力下降不仅导致巨大的商业损失，更增加粮食生产风险(高利伟等2016,国家统计局2017)。种子耐贮藏性是指种子长期贮藏后保持种子活力的能力。种子耐贮藏性强的品种，经过一段时间贮藏后仍具有较高的生活力与播种价值，延长商品用种供应时效性。因此，种子耐贮藏性是重要的农艺性状和商品特性，直接关系到种子生产利用效果。种子受贮藏环境诱导代谢增强，活性氧过度累积诱导生物大分子损伤，如脂膜过氧化、蛋白羰基化以及核酸链断裂，导致种子劣变(Parkheyetal2012)。以抑制活性氧产生或增强清除能力为基础的植物自身保护机制以及氧化损伤修复系统是调控种子耐贮藏性的关键。水稻是重要的粮食作物，其产区湿热环境容易诱导种子劣变，导致其种子寿命也更短，一般只有1-2年。因此，提高水稻种子耐贮藏性能够延长种用时间，提高种子质量，保留粮食原有加工和营养品质，对保障粮食供应安全具有重大的社会效益和经济价值(胡晋2014)。种子耐贮藏性是受多基因控制的复杂数量性状(Bentsinketal2006)。水稻种子耐贮藏性存在广泛变异，一般野生稻强于籼稻，籼稻强于粳稻(曾大力等2002,吴方喜等2010)。目前，研究者利用多个水稻遗传群体检测到超过50个种子耐贮藏性相关QTLs(Miuraetal2002,Zengetal2006,Lietal2012,Hangetal2014,Dongetal2017,Jinetal2018,Liuetal2018)。然而，水稻种子耐贮藏性基因挖掘工作进展缓慢，目前尚未利用等位基因自然变异克隆水稻种子耐贮藏性基因的报道(Kretzschmaretal2015)。因此，利用正向遗传学挖掘种子耐贮藏性基因是降低种子贮藏成本，提高种子质量最为经济有效的手段。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种水稻种子耐贮藏基因OsGH3-2及其分子标记与应用。本专利技术图位克隆了水稻种子耐贮藏基因OsGH3-2，通过遗传转化证实了该基因负调控种子耐贮藏性。通过等位基因功能与单倍型功能分析，证实了该基因启动子变异-446位点SNP导致基因功能变异，进而本专利技术也开发了一个分子标记用于检测该位点基因型。本专利技术提供的水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2的核苷酸序列如SEQIDNo.1所示，或SEQIDNo.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或几个核苷酸编码相同功能蛋白的基因。本专利技术还提供了水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2编码的蛋白，其具有：1)如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；或2)SEQIDNo.2所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由2)衍生的蛋白质。本专利技术提供了含有OsGH3-2基因的生物材料，所述生物材料为载体、转基因细胞系、工程菌、宿主细胞或表达盒。本专利技术提供了上述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在提高植物种子耐贮藏性能中的应用。本专利技术提供了上述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在提高贮藏后植物种子发芽率中的应用。本专利技术提供了上述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在延长植物种子种用时间、提高种子质量中的应用。本专利技术证实了基因OsGH3-2是水稻种子的耐贮藏性负调控基因，基于本专利技术的发现，本领域技术人员能够理解，采用本领域公知的敲除OsGH3-2基因的方法，如CRISPR-Gas9技术、或降低OsGH3-2基因表达量的方法，如RNAi方法，阻止或降低OsGH3-2基因的表达，均能够实现提高植物种子耐贮藏性、提高贮藏后植物种子发芽率、延长植物种子种用时间、提高种子质量的目的。因此，本领域技术人员能够理解上述的应用均为OsGH3-2基因的负向调控应用。基于此，本申请提供了OsGH3-2基因的表达抑制剂或抑制该基因表达的方法的以下任一应用：(1)提高植物种子耐贮藏性能中的应用；(2)提高贮藏后植物种子发芽率中的应用；(3)延长植物种子种用时间、提高种子质量中的应用。本专利技术提供了上述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在植物育种、种质资源改良、或培育强种子耐贮藏性转基因植物中的应用。上述应用中，所述的植物为水稻、大豆、小麦、大麦、高粱、小米、芝麻、油菜、玉米、花生。优选地，所述植物为水稻。本专利技术还提供了水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2的分子标记，其为OsGH3-2启动子-446位碱基SNP变异，即位于SEQIDNo.3所示核苷酸序列的第155位，其多态性为A/G。进一步地，本专利技术所述的分子标记，其可由以下引物组合扩增得到，所述引物组合含有3条引物，其核苷酸序列分别为：上游引物1：CTTATTAATTTCTCCATCAGATGAGAA(SEQIDNO.4)上游引物2：CTTATTAATTTCTCCATCAGATGAGAG(SEQIDNO.5)通用引物：CGTCTCCGGATTAATCAACGGC(SEQIDNO.6)。本专利技术还提供了一组用于检测水稻种子耐贮藏能力的引物组合，含有3条引物，其核苷酸序列分别为：上游引物1：CTTATTAATTTCTCCATCAGATGAGAA(SEQIDNO.4)上游引物2：CTTATTAATTTCTCCATCAGATGAGAG(SEQIDNO.5)通用引物：CGTCTCCGGATTAATCAACGGC(SEQIDNO.6)。本专利技术提供了上述分子标记或引物组合的以下任一应用：(1)筛选耐贮藏能力强的水稻种子；(2)淘汰耐贮藏能力弱的水稻种子；(3)检测水稻种子贮藏过程中，发芽率高的水稻种子或发芽率低的水稻种子；(4)筛选种用时间长，质量高的水稻种子；(5)培育耐贮藏能力强的水稻品种。优选地，上述应用中，是采用SEQIDNO.4-6所示的引物基于KASP反应体系平台检测PCR扩增产物，根据扩增产物的荧光信号，进行判断。本专利技术提供了检测上述分子标记的方法，通过下述引物组合扩增待检水稻基因组DNA，基于KASP反应体系平台检测PCR扩增产物：所述引物组合的核苷酸序列为：上游引物1：CTTATTAATTTCTCCATCAGATGAGAA(SEQIDNO.4)上游引物2：CTTATTAATTTCTCCATCAGATGAGAG(SEQIDNO.5)通用引物：CGTCTCCGGATTAATCAACGGC(SEQIDNO.6)；如果样品PCR产物只检测到上游引物1对应的荧光信号，则待检测SNP位点为碱基A，判定测试样品含有OsGH3-2单倍型4，含该等位基因材料种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水稻种子耐贮藏性基因OsGH3‑2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在提高植物种子耐贮藏性能中的应用，所述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3‑2的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，或SEQ ID No.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或几个核苷酸编码相同功能蛋白的基因；所述编码的蛋白其具有：1)如SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；或2)SEQ ID No.2所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由2)衍生的蛋白质；所述生物材料为载体、转基因细胞系、工程菌、宿主细胞或表达盒。

【技术特征摘要】
1.水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在提高植物种子耐贮藏性能中的应用，所述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2的核苷酸序列如SEQIDNo.1所示，或SEQIDNo.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或几个核苷酸编码相同功能蛋白的基因；所述编码的蛋白其具有：1)如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；或2)SEQIDNo.2所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由2)衍生的蛋白质；所述生物材料为载体、转基因细胞系、工程菌、宿主细胞或表达盒。2.水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在提高贮藏后植物种子发芽率中的应用，所述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2的核苷酸序列如SEQIDNo.1所示，或SEQIDNo.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或几个核苷酸编码相同功能蛋白的基因；所述编码的蛋白其具有：1)如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；或2)SEQIDNo.2所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由2)衍生的蛋白质；所述生物材料为载体、转基因细胞系、工程菌、宿主细胞或表达盒。3.水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在延长植物种子种用时间、提高种子质量中的应用，所述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2的核苷酸序列如SEQIDNo.1所示，或SEQIDNo.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或几个核苷酸编码相同功能蛋白的基因；所述编码的蛋白其具有：1)如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；或2)SEQIDNo.2所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由2)衍生的蛋白质；所述生物材料为载体、转基因细胞系、工程菌、宿主细胞或表达盒。4.水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2、或其编码的蛋白、或含有该基因的生物材料在植物育种、种质资源改良、或培育强种子耐贮藏性的转基因植物中的应用，所述水稻种子耐贮藏性基因OsGH3-2的核苷酸序列如SEQIDNo.1所示，或SEQIDNo.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或几个核苷酸编码相同功能蛋白的基因；所述编码的蛋白其具有：1)如SEQIDNo.2所示的氨基酸序列；或2)SEQIDNo.2所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸且具有同等活性的由2)衍生的蛋白质；所述生物材料为载体、转基因细胞系、工程菌、...

【专利技术属性】
技术研发人员：余四斌，袁志阳，凡凯，田莉，熊银，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42