Ghd7基因在调节和筛选稻米中蛋白质含量的应用制造技术

本发明专利技术涉及Ghd7基因在调节稻米中蛋白质含量(同时改良稻米外观品质、营养品质、蒸煮食味品质和氮素利用效率)的应用和在水稻育种中作为稻米蛋白质含量(还包括稻米外观品质、营养品质、蒸煮食味品质和氮素利用效率)的筛选标志的应用，本发明专利技术还涉及通过对Ghd7基因进行遗传操作来调节稻米中蛋白质含量(同时改良稻米外观品质、营养品质、蒸煮食味品质和氮素利用效率)的方法，以及以Ghd7基因或其突变体作为筛选标记的水稻杂交育种方法。

【技术实现步骤摘要】
Ghd7基因在调节和筛选稻米中蛋白质含量的应用
本专利技术涉及水稻分子育种领域，更特别地，涉及Ghd7基因在调节和筛选稻米中蛋白质含量以及各储藏蛋白组分含量的应用，以及Ghd7基因(尤其是Hap2这种单倍型)在调节和筛选稻米品质上的应用。
技术介绍
水稻(OryzasativaL.)是世界一半以上人口的主食。精米(去除稻壳和糊粉层以及胚之后的稻米)是人们消费的主要形式，主要由淀粉(干重高达90％)和蛋白质(8-10％)两大组分组成，并且淀粉和蛋白质共同决定着稻米的营养品质、外观品质、蒸煮食用品质和加工品质。因此，研究淀粉和蛋白质的遗传基础及其对稻米品质的影响，对水稻育种具有重要意义。在这两种主要成分中，淀粉一直被认为是影响稻米品质的最重要因素。然而，蛋白质对稻米品质的影响尚未引起足够的重视。虽然已从突变体中鉴定出一些基因，但仅克隆到两个表现水稻品种自然变异的基因(OsAAP6和GluA2)，它们都是水稻籽粒蛋白质含量的正调控基因。因此，有待于挖掘更多与籽粒蛋白质含量有关的基因，用于在稻米品质评价和育种。
技术实现思路
在本专利技术的专利技术人通过图位克隆以及全基因组关联分析发现了一个产量和抽穗期的主效基因Ghd7的新功能，该基因能够显著降低水稻籽粒中的蛋白质含量以及四种主要储藏蛋白(谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白、球蛋白)组成成分的含量，而且一些单倍型在具有上述效果的同时不影响该基因对产量的增益效果。该基因的表达或增强表达除了降低籽粒蛋白质含量，还增加直链淀粉和胶稠度，并且改变稻米中脂肪酸各组分的相对含量，此外还降低了稻米垩白，并显著提高了米饭的食味值，即Ghd7能够提高米饭的外观和蒸煮食味品质。并且本研究中还发现了Ghd7基因先前一种未知功能的单倍型Hap2(氨基酸序列：SEQIDNO:2)属于强功能的单倍型，该单倍型能够在显著降低稻米蛋白质含量的同时不引起产量上的损失，即该单倍型能够同时提高水稻的产量和品质，对于育种而言具有极大的应用价值。另外本研究中还发现Ghd7能够通过促进水稻对外源氮素的吸收和转运从而提高水稻的氮素利用效率，进而提高了水稻的产量。基于以上研究，本专利技术提供了Ghd7基因在调节稻米中物质组成的应用。在一个具体实施方案中，所述物质组成为蛋白质含量(例如，总蛋白质含量、谷蛋白含量、醇溶蛋白含量、球蛋白含量、清蛋白含量中的一种或多种)、直链淀粉含量、脂肪含量和/或垩白。本专利技术通过使用Ghd7基因调节稻米中物质组成，既调节其营养品质，又调节其外观品质，还调节其蒸煮食味品质。在一个具体实施方案中，所述Ghd7基因编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQIDNO:1-7之一所示。在一个优选实施方案中，所述Ghd7基因编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQIDNO:2所示。本专利技术提供了一种调节稻米中蛋白质组分含量的方法，包括导入Ghd7基因、提高Ghd7基因表达水平、降低Ghd7基因表达水平或者突变Ghd7基因使Ghd7基因表达的蛋白功能提高、降低或消失的步骤，所述Ghd7基因的序列如SEQIDNO:1-7之一所示。例如，如果目标稻种其他性状优良，但是稻米中蛋白质含量太低，并且该稻种含具有功能的Ghd7基因，可通过敲除或突变目标稻种中的Ghd7基因，使Ghd7基因不表达，或者表达功能减弱或无功能的Ghd7基因，即可提高稻米中的蛋白质含量以及四种主要储藏蛋白的含量。反之，如果目标稻种其他性状优良，但是稻米中蛋白质含量太高，并且该稻种不含Ghd7基因或含无功能的Ghd7基因，可通过敲入或者导入Ghd7基因，使其能够表达有功能的Ghd7基因，即可降低稻米中的蛋白质以及四种主要储藏蛋白的含量，同时提高直链淀粉含量、降低垩白，提高胶稠度和食味品质。本专利技术还提供了Ghd7基因在水稻育种中作为稻米蛋白质含量的筛选标志的应用，所述Ghd7基因的序列如SEQIDNO:8-14之一所示。本专利技术还提供了一种水稻杂交育种方法，包括使用Ghd7基因或其突变体作为筛选标志来选择目标基因型的步骤。在一个优选实施方案中，所述水稻杂交育种方法包括以下步骤：S1：鉴定亲本中的Ghd7基因及其突变状态；S2：选择Ghd7基因或其突变体作为筛选标志；S3：将所述筛选标志与其他优势性状聚合到一起。例如，已有稻种的其他性状优良，但稻米中蛋白质含量太低，并且含具有功能的Ghd7基因，要想通过杂交育种的方法提高稻米的蛋白质含量，可选择不含Ghd7基因或者含无功能的Ghd7基因的亲本与该稻种进行杂交，通过将无功能的Ghd7基因或不含Ghd7基因作为分子标志来使该突变基因与其他优势性状聚合到一起。反之，已有稻种的其他性状优良，但稻米中蛋白质含量太高，并且不含Ghd7基因或含无功能的Ghd7基因，要想通过杂交育种的方法降低稻米的蛋白质含量，可先选择具有功能的Ghd7基因亲本与该稻种进行杂交，通过将该具有功能的Ghd7基因作为分子标志来使该基因与其他优势性状聚合到一起。由于本研究中营养品质和蛋白质含量呈现正相关关系，而外观品质、蒸煮食味品质以及氮素利用效率与蛋白质含量呈现负相关关系，故上述调节蛋白质组分含量的方法也等同于调节稻米营养品质、外观品质、蒸煮食味品质以及氮素利用效率的方法。附图说明图1为Ghd7基因的图位克隆；图2为通过对533个稻米品种蛋白质含量进行全基因组关联分析后得到的总群体(All)、籼稻(Xian)亚群、粳稻(Geng)亚群的蛋白质含量的曼哈顿图(Manhattanplot)；图3为Ghd7在533份水稻微核心种质资源材料中的自然变异分析结果；图4为Ghd7四种主要单倍型的蛋白质含量和四种储藏蛋白含量的表型图；图5为Ghd7未知功能单倍型Hap2和已知强功能单倍型Hap1在三个不同环境下的产量比较；图6为NYZ和ZS97构建的近等基因系以及转基因株的稻米蛋白质含量以及四种储藏蛋白含量的表型统计图；图7为NYZ和ZS97构建的近等基因系以及转基因株的稻米胶稠度、食味评分和直链淀粉含量的统计图；图8为Ghd7近等基因系和转基因材料为期一个月的苗期氮处理实验；图9为Ghd7近等基因系材料大田氮处理试验的结果；图10为1892S和RH003构建的近等基因系的稻米垩白率、垩白面积、胶稠度、食味评分和整精米率的统计图；图11为1892S和RH003构建的近等基因系的稻米总蛋白含量、谷蛋白含量、球蛋白含量、清蛋白含量和醇溶蛋白含量的统计图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。1、样品来源本专利技术使用的水稻包括533个栽培稻品种构成的获取群体。获取群体用于全基因组关联分析；其中，533个栽培稻品种包括50个aus品种(aus)、305个籼稻品种(indica)和178个粳稻品种(japonica)。NIL(NYZ)和NIL(ZS97)是一对以南洋占(在后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Ghd7基因在调节稻米中的物质组成的应用。。/n

【技术特征摘要】
1.Ghd7基因在调节稻米中的物质组成的应用。。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述物质组成为蛋白质含量、直链淀粉含量、脂肪含量和/或垩白。


3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述蛋白质含量包括总蛋白质含量、谷蛋白含量、醇溶蛋白含量、球蛋白含量、清蛋白含量中的一种或多种的混合。


4.一种调节稻米中物质组成的含量的方法，其特征在于，包括对生产所述稻米的稻种导入Ghd7基因、提高Ghd7基因表达水平、降低Ghd7基因表达水平或者突变Ghd7基因使Ghd7基因表达的蛋白功能提高、降低或消失的步骤。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，生产所述稻米的稻种含具有功能的Ghd7基因，敲除或敲降所述Ghd7基因，将所述具有功能的Ghd7基因替换成无功能的Ghd7基因，或者使所述具有功能的Ghd7基因突变成无功能或功能减弱。


6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，生产所述稻米的稻种不含Ghd7基因或者含无功能的Ghd7基因，转入具有功能的Ghd7基因，或使所述具有无功能的Ghd7基因突变成具有功能的G...

【专利技术属性】
技术研发人员：何予卿，楼光明，陈平丽，李平波，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42