水稻组蛋白甲基转移酶在增强作物干旱抗性及改善单株产量中的应用制造技术

本发明专利技术属于生物基因工程领域，具体为一种水稻组蛋白H3K36甲基转移酶在增强水稻干旱抗性和改善单株产量方面的应用。本发明专利技术通过克隆水稻组蛋白H3K36甲基转移酶SDG708的核苷酸序列，构建重组表达载体并通过农杆菌转化法进行转化；通过连接玉米泛素基因启动子，使SDG708基因在转基因水稻中持续过量表达；通过构建基因的反义RNA载体，获得SDG708表达量下调突变体。水稻SDG708过量表达转基因植株在模拟渗透压胁迫下呈现出明显抗性，在土壤干旱条件下也明显提高植株抗性，在正常及干旱胁迫条件下均能显著增加水稻单株产量。本发明专利技术为水稻抗旱及产量性状改善研究提供了一个优质基因和育种材料，具有较高的实际应用价值。具有较高的实际应用价值。具有较高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
水稻组蛋白甲基转移酶在增强作物干旱抗性及改善单株产量中的应用


[0001]本专利技术属于生物基因工程
，具体涉及一种与水稻表观遗传学调控相关的组蛋白H3K36甲基转移酶（SDG708）在渗透压胁迫抗性和干旱胁迫抗性方面的应用，还涉及该过量表达植株在正常及干旱胁迫条件下改善产量性状方面的应用。

技术介绍

[0002]表观遗传学主要研究在基因型不变的情况下，基因表达产生差异的机制。染色质的结构和功能被多种表观遗传机制所调节，包括组蛋白修饰、DNA甲基化、ATP依赖性的染色质重塑、组蛋白变体的替换以及非编码RNA的调节等。组蛋白赖氨酸甲基化修饰是近年来被广泛研究的一种组蛋白修饰，它在调控染色质结构和基因表达方面起重要作用，主要涉及的位点包括组蛋白H3 (Histone 3) K4 (Lysine 4)，K9，K27，K36，K79和组蛋白H4的K20位点。赖氨酸的甲基化还可以分为单、双和三甲基化，这些不同残基位置以及不同状态的甲基化修饰构成了组蛋白赖氨酸甲基化功能的多样性。一般来说，H3K4、H3K36 和H3K79的甲基化修饰对应于转录激活，而H3K9、H3K27 和H4K20的甲基化修饰则与异染色质和基因沉默相关。
[0003]组蛋白H3赖氨酸K36（H3K36）甲基化修饰是一种重要的表观修饰，而催化H3K36甲基化修饰的酶在植物中已有一些报道，由于他们含有保守的SET结构域，所以被称为SET domain group （SDG）蛋白。在水稻中已经鉴定到的H3K36甲基转移酶包括SDG725、SDG724和SDG708，他们通过自己独特的方式调控水稻生长发育（Mol Plant, 2013, 6:975-977；Plant J, 2012, 70: 340-347；Plant Cell, 2012, 24:3235-3247；New Phytol, 2016, 210: 577
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588）。水稻SDG708是一种全局性的H3K36甲基转移酶，负责建立1/2/3甲基化修饰，sdg708突变体表现出明显晚花表型（New Phytol, 2016, 210: 577
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588）。综上所述，植物中H3K36甲基转移酶介导的H3K36的甲基化修饰在植物的生长发育尤其是开花时间调控过程中执行重要功能。
[0004]由于固着生长特性，植物在生长过程中必然面对大量的不利环境影响，为了生存，植物进化出多种迥异于动物的环境应答调控机制。植物在感知不利环境胁迫后会改变一系列代谢途径和逆境响应基因的表达，例如调控植物激素，尤其是脱落酸ABA等内源激素，参与各类转录因子和激酶级联放大反应激活或者抑制下游多种胁迫基因的表达（cell，2016,167(2):313-324），近些年研究发现，表观遗传机制在植物抗逆过程中承担重要功能，例如植物响应高盐、干旱或温度过程中，特定基因或整个基因组水平DNA甲基化修饰都发生改变，从而提高植物的非生物胁迫抗性。
[0005]水稻作为非常重要的粮食作物，全球60%的人口以稻米为主食，同时它也是研究单子叶植物的重要模式生物。干旱等极端环境胁迫是造成粮食作物大规模减产甚至绝收的主要因素，因此培育具有优良环境胁迫耐受力的高产农作物一直是农业科学技术研究及应用的重要目标之一。之前对水稻SDG708的研究证实其涉及植物开花调控进程，同时转录组数
据分析也表明该基因可能涉及水稻非生物胁迫应答反应（New Phytol, 2016, 210: 577
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588），然而SDG708及由其建立的H3K36甲基化修饰如何调控水稻干旱抗性以及农艺性状目前仍没有报道，同时改变SDG708表达量能否影响植株干旱抗性和产量性状也值得关注。因此，深入研究水稻组蛋白赖氨酸甲基转移酶SDG708干旱抗性和产量调控的作用机制及应用价值，对于阐明组蛋白H3K36甲基化修饰与环境响应及农艺性状改善的关系，以及依此培育优质抗旱高产水稻具有非常重要的理论及实际应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种水稻组蛋白H3K36甲基转移酶在水稻干旱胁迫应答和农艺性状改善方面的应用。
[0007]本专利技术涉及的组蛋白甲基转移酶基因，赋予了水稻在人工模拟干旱条件下和土壤干旱条件下提高抗旱性的能力，该基因还赋予水稻在正常生长条件和干旱条件下改善产量性状的能力。其中本专利技术涉及的组蛋白H3K36甲基转移酶，来源于水稻（Oryza sativa ssp. japonica），名称为SDG708，是下述氨基酸残基序列之一：（1）序列表中的SEQ ID No:1；（2）将序列表中的SEQ ID No:1的氨基酸残基序列经过一至五十个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且对植物的生长发育具有调控作用的蛋白质。
[0008]序列表中的SEQ ID No:1由518个氨基酸残基组成。
[0009]编码本专利技术组蛋白H3K36甲基转移酶的基因SDG708的核苷酸序列如序列表中SEQ ID No:2所示，由1557个碱基组成，其编码框为自5
’
端第1-1557位碱基，编码具有序列表中的SEQ ID No:1的氨基酸残基序列的蛋白质。
[0010]本专利技术还包括SDG708基因增强水稻干旱抗性的作用机制及具体应用。
[0011]本专利技术还包括SDG708基因改善水稻产量等农艺性状的机制及具体应用。
[0012]在实际应用中，将玉米泛素基因启动子与上述SDG708基因的全长CDS序列连接，构建重组过量表达转化载体并转化水稻，得到过量表达SDG708的水稻，使水稻具有更好的干旱胁迫抗性。同时使水稻在正常生长条件下和干旱胁迫条件下维持了更高的单株产量。反之，将所述基因的反义表达载体转化水稻，得到具有干旱敏感和单株产量降低表型的水稻。
[0013]本专利技术中，所述植物包括单子叶植物和双子叶植物。
[0014]本专利技术为水稻育种行业提供了一个优质抗旱增产基因，并经过深入实验研究，解释了SDG708以及由其建立的H3K36甲基化修饰的干旱应答调控机制及增产机制。本专利技术可利用现代生物技术，将该甲基转移酶基因应用于生物育种过程中，能够有效提高水稻植株的抗逆性能和产量性状，因此，具有较高的农业应用价值，应用前景广阔。
附图说明
[0015]图1为野生型水稻（WT）、水稻组蛋白H3K36甲基转移酶SDG708的RNA干扰突变体植株（708Ri-1和708Ri-2）以及SDG708过量表达植株（708OE-1和708OE-2）在PEG模拟干旱胁迫下的抗性表型图。
[0016]图2为野生型水稻（WT）、水稻组蛋白H3K36甲基转移酶SDG708的RNA干扰突变体植株（708Ri-1和708Ri-2）以及SDG708过量表达植株（708OE-1和708OE-2）在土壤干旱胁迫下
的抗性表型图。
[0017]图3为野生型水稻（WT）、水稻组蛋白H3K36甲基转移酶SDG708的RNA干扰突变体植株（708Ri-1和70本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水稻组蛋白H3K36甲基转移酶在提高植物干旱抗性和改善单株产量中的应用，其特征在于，将所述水稻组蛋白H3K36甲基转移酶基因的编码序列通过玉米泛素基因启动子连接获得的过量表达载体转化水稻，得到具有优良干旱抗性和产量性状的水稻；将所述基因的反义表达载体转化水稻，得到具有干旱敏感和单株产量降低表型的水稻；其中，所述组蛋白H3K3...

【专利技术属性】
技术研发人员：董爱武，俞瑜，陈凯，刘兵，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：