GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间以及提高大豆产量中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间以及提高大豆产量中的应用。本发明专利技术利用CRISPR/CAS9技术获得GmLCL3大豆突变体植株，发现在大豆中GmLCL3基因发生突变后可以延长大豆生育期，抑制植物开花且大豆产量提高。因此可通过构建GmLCL3大豆突变体植株的方式，改变大豆对光周期的敏感性，延迟大豆开花，延长大豆生育期，提高大豆的产量。本发明专利技术的发现对进一步揭示光周期调控大豆开花的分子机理具有非常重要的学术价值，为促进大豆高产优质品种选育提供理论依据和遗传资源。

【技术实现步骤摘要】
GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间以及提高大豆产量中的应用
本专利技术涉及基因领域，特别涉及一种GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间以及提高大豆产量中的应用。
技术介绍
大豆(Glycinemax)是世界上最主要的经济和油料作物之一，是人类植物油和植物蛋白的主要来源。大豆的营养价值非常高，例如，大豆中含有独特的优质蛋白，具有明显的抑制血压上升的作用。大豆中的不饱和脂肪酸的含量很高，能够促进胆固醇代谢，降低体内胆固醇含量。大豆中还含有丰富的维生素、钙质及人体所需的微量元素，对提高人体免疫力，增加神经机能和活力具有一定的作用(张海生，2012)。近年来，随着人们对大豆的营养保健功能认识的越来越深入，对大豆的利用程度也不断加深，我国对大豆产品的消费需求不断增加，现已经成为全球最大的大豆进口国，但目前我国大豆产业面临严峻的挑战，因此提高大豆产量是大豆育种的主要目标。在自然界中，开花期和生育期是影响作物产量的重要因素。大豆是典型的短日照作物，对光周期反应敏感，光周期调控大豆开花不仅影响大豆的种植适应性，而且决定着大豆的产量。在拟南芥中，LHY(LATEELONGATEDHYPOCOTYL)和CCA1(CIRCADIANCLOCKASSOCIATED1)作为生物钟系统中央震荡器重要组成成分，功能冗余的调控TOC1(TIMINGOFCABEXPRESSION1)和CCGs(CLOCK-CONTROLLEDGENES)等基因的表达，参与调控拟南芥的光周期开花途径(Harmer2000；Alabadietal.,2002；Pokhilkoetal.,2012)。然而在大豆中LHY/CCA1基因是如何参与调控大豆的光周期开花的分子机制却不清晰。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间、提高大豆产量中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种GmLCL3基因大豆突变体。本专利技术的再一目的在于提供所述GmLCL3基因大豆突变体的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间、提高大豆产量中的应用。所述的GmLCL3基因为大豆生物钟基因LCL3，可通过RT-PCR技术从大豆品种Harosoy中克隆得到，其氨基酸序列如SEQIDNO.1所示。所述的编码GmLCL3基因的核苷酸序列如SEQIDNO.2所示。所述的GmLCL3基因在调节大豆光周期开花时间、提高大豆产量中的应用，为通过构建GmLCL3基因突变体(基因突变)的方式，改变大豆对光周期的敏感性，延迟大豆开花(在长短日照下均能显著延迟大豆开花)，延长大豆生育期，以及提高大豆的产量。所述的GmLCL3基因突变体为通过如下任一种或两种方式构建得到：a、敲除大豆植株GmLCL3基因编码区第84位的碱基A(由于GmLCL3基因编码区第84位缺失一个碱基A，导致蛋白移码突变)；b、将大豆植株GmLCL3基因编码区第478位的碱基A突变为T(由于氨基酸置换，使氨基酸K突变为终止子)。所述的GmLCL3基因可通过抑制大豆开花关键基因E1的表达而延迟开花。一种GmLCL3基因突变体，为GmLCL3基因编码区第84位缺失一个碱基A，和/或GmLCL3基因编码区第478位的碱基A突变为T；所述的GmLCL3基因如SEQIDNO.2所示。所述的GmLCL3基因突变体可利用CRISPR/CAS9技术获得。含有上述GmLCL3基因突变体的表达载体、重组微生物或转基因细胞系。所述的细胞为植物细胞。所述的GmLCL3基因突变体在制备转基因植物中的应用。所述的GmLCL3基因突变体在大豆改良育种、制种中的应用。所述的GmLCL3基因突变体在调节大豆光周期和开花时间，和/或提高大豆产量中的应用。一种培育转基因植物的方法，为将上述GmLCL3基因突变体引入目的植物以获得转基因植物，从而改变大豆对光周期的敏感性，延迟大豆开花，延长大豆生育期，以及提高大豆的产量。所述的植物为各种作物，如蔬菜、水果、花卉，豆科植物等；优选为大豆。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术利用CRISPR/CAS9技术获得纯合GmLCL3大豆突变体植株，发现lcl3突变体在长短日照下，均能显著延迟大豆开花，说明LCL3在大豆开花途径中具有重要的作用。本专利技术是首次发现在大豆中敲除GmLCL3基因延长大豆生育期，抑制植物开花。由于将GmLCL3基因及其编码的蛋白可以调节花期，因此可将其用于解决杂交育种中的花期不遇的问题，包括各种作物、蔬菜、水果、花卉的生育期控制的问题以及光周期敏感性问题和引种问题。(2)大豆生育期特别是开花期对大豆的产量，品质和适应性至关重要，本专利技术通过解析LCL3在大豆开花过程中的角色和功能，阐明其调控大豆开花的具体分子机制，最终为促进大豆高产优质品种选育提供理论依据和遗传资源。对进一步揭示光周期调控大豆开花的分子机理具有非常重要的学术价值，同时为选育大豆品系分子设计育种提供元件，该研究具有现实的指导意义，其应用前景广阔。(3)本专利技术在自然群体中找到LCL3的有效自然变异，该变异导致LCL3编码蛋白提前终止，通过杂交与回交方式获得LCL3的近等基因系，并对近等基因系进行表型观察后，发现lcl3能够显著延迟大豆开花，且产量提高。对进一步选育高产大豆提供非常重要的理论依据和遗传资源。附图说明图1是靶点位置信息及突变体植株的编辑方式图；其中，A为靶点位置信息；B为突变体植株的编辑方式。图2是GmLCL3大豆单突变体植株花期表型图；其中，A为短日照下GmLCL3大豆单突变体植株的表型；B为短日照下大豆GmLCL3单突变体植株开花期统计；C为长日照下大豆GmLCL3单突变体植株开花期统计。图3是GmLCL3的近等基因系生育期性状图；其中，A为短日照近等基因系表型；B～I分别为花期、株高、分枝数、荚数、单株粒数、平均节间距、单株重量和百粒重统计图。图4是GmLCL3基因的组织特异性表达情况图。图5是GmLCL3基因的节律表达图；其中，A为LCL3长日照下的节律表达；B为LCL3短日照下的节律表达；C为LCL3持续光照下的节律表达。图6是LCL3下游基因鉴定结果图；其中，A为LCL3的DAP-seq数据的韦恩图；B为LCL3结合顺式作用元件在基因上的分布；C为LCL3短日照下RNA-seq和DAP-seq的韦恩图；D为LCL3长日照下RNA-seq和DAP-seq的韦恩图；E为E1启动子上含有LCL3结合顺式作用元件的模式图。图7是LCL3的靶标基因表达图；其中，A为长日照条件下E1的表达；B为短日照条件下E1的表达；C为EMSA；D为LCL3调控E1的表达模式图；E为LCL3抑制E1的表达。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间、提高大豆产量中的应用，其特征在于：/n所述的GmLCL3基因为大豆生物钟基因LCL3，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。/n

【技术特征摘要】
1.一种GmLCL3基因在调节大豆光周期和开花时间、提高大豆产量中的应用，其特征在于：
所述的GmLCL3基因为大豆生物钟基因LCL3，其氨基酸序列如SEQIDNO.1所示。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：编码GmLCL3基因的核苷酸序列如SEQIDNO.2所示。


3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：为通过构建GmLCL3基因突变体的方式，改变大豆对光周期的敏感性，延迟大豆开花，延长大豆生育期，以及提高大豆的产量。


4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的GmLCL3基因突变体为通过如下任一种或两种方式构建得到：
a、敲除大豆植株GmLCL3基因编码区第84位的碱基A；
b、将大豆植株GmLCL3基因编码区第478位的碱基A突变为T。

【专利技术属性】
技术研发人员：孔凡江，刘宝辉，程群，董利东，芦思佳，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44