一种水稻氨基酸转运基因及其应用以及水稻育种方法技术

本发明专利技术涉及水稻分子育种技术领域，具体涉及一种水稻氨基酸转运基因及其应用以及水稻育种方法。一种水稻氨基酸转运基因，其蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，或者其蛋白为如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加若干个氨基酸而获得的具有同等功能的蛋白质。利用本方案的水稻氨基酸转运基因构建转基因植株或者基因敲除植株，可以解决提高水稻生物量以及分蘖芽生长速度的技术问题。本方案对于水稻适应不同种植环境及利用氨基酸类有机氮肥进一步改善水稻株型和稻米品质，以满足消费者需求具有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种水稻氨基酸转运基因及其应用以及水稻育种方法
本专利技术涉及水稻分子育种
，具体涉及一种水稻氨基酸转运基因及其应用以及水稻育种方法。
技术介绍
水稻(OryzasativaL.)是我国最主要的粮食作物之一，如何提高水稻产量，增加稳定供给，是水稻育种长期以来一直致力于解决的问题。传统育种只能依靠品种或者种之间的杂交实现重组，选育出具有优良性状的品种。为了缩短育种周期，且能快速培育出高产、综合抗性强、结实率高的目标品系，逐渐产生了转基因育种和基于基因编辑技术的育种方式。转基因育种是指通过转基因的方法，导入外源的基因，达到性状改良的目标，从而培育出新品种。而转基因育种可以实现跨物种的基因交流，对目标性状改良的针对性强，提高育种效率。近年来，基因编辑技术的突飞猛进，特别是CRISPR/Cas9技术的应用，基因敲除技术已经成为常规技术，基因敲入技术也产生了突破。因此，定向敲除不良目标基因和定向整合优良目标基因，将大幅提高水稻定向遗传改良效率。高效利用氮素的作物对于全球粮食供应和环境可持续发展至关重要(OldroydGED,LeyserO.Aplant'sdiet,survivinginavariablenutrientenvironment.Science,2020,368(6486):eaba0196.)。氮素中的氨基酸是水稻氮素营养吸收、转运、储存和利用的重要形式，能被各种氨基酸转运蛋白进行运输。有研究指出，氮转运蛋白是提高作物生产力和氮利用效率的有效靶点(TegederM,Masclaux-DaubresseC.Sourceandsinkmechanismsofnitrogentransportanduse.NewPhytologist.2018,217(1):35-53.)。水稻中氨基酸转运蛋白(AAT)成员有85个(ZhaoH,MaH,YuL,WangX,ZhaoJ.Genome-widesurveyandexpressionanalysisofaminoacidtransportergenefamilyinrice(OryzasativaL.).PLoSOne,2012,7(11):e49210.)，在水稻生长发育的各个时期，及各个组织部位，分别扮演不同的作用。不同氨基酸转运蛋白对水稻生长发育影响差异较大，有些可能是正向调控作用，有些可能是负向调控作用，且调控生长发育的表型也不尽相同。并且每一个氨基酸转运蛋白响应的氨基酸也不尽相同。因此，发现新的水稻氨基酸转运蛋白，并利用其特殊的功效作用进行转基因或者基因敲除育种，对于水稻适应不同种植环境及利用氨基酸类有机氮肥进一步改善水稻株型和稻米品质，以满足消费者需求具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种水稻氨基酸转运基因，以解决提高水稻生物量以及分蘖芽生长速度的技术问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种水稻氨基酸转运基因，其蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.1所示，或者其蛋白为如SEQIDNO.1所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加若干个氨基酸而获得的具有同等功能的蛋白质。本方案的原理及优点是：专利技术人通过分蘖和单株产量等表型在533份自然变异的水稻中进行全基因组关联分析，再通过对大量候选序列的功能验证实验，发现氨基酸序列如SEQIDNO.1所示的蛋白具有氨基酸转运蛋白活性，并将其蛋白命名为OsAAP12蛋白，将其基因命名为OsAAP12基因。该蛋白的功能为专利技术人首次发现，并将该蛋白应用于水稻的遗传育种的实践当中。在不影响OsAAP12蛋白活性的前提下(即不在蛋白的活性中心)，本领域技术人员可对SEQIDNO.1所示的氨基酸序列进行各种取代、添加和/或缺失若干个氨基酸获得具有同等功能的氨基酸序列。因此，OsAAP12蛋白还包括SEQIDNO.1所示氨基酸序列经取代、替换和/或增加若干个氨基酸获得的具有同等活性的蛋白质。水稻中有85个氨基酸转运蛋白成员，其中AAP亚家族(OsAAP，氨基酸通透酶基因)也有多个成员。从目前的研究上看，已经发现的每一个OsAAP基因均有其独特的功能，对于水稻的生长发育有着不同的作用方式，因此，发现新的OsAAP基因并理清新其调控机制，对于水稻的遗传育种改良具有十分重大的意义。目前已发现，水稻氨基酸转运蛋白基因家族中氨基酸通透酶基因OsAAP6在种子中表达，与籽粒蛋白含量正关联，影响稻米品质(PengB,KongH,LiY,WangL,ZhongM,SunL,GaoG,ZhangQ,LuoL,WangG,XieW,ChenJ,YaoW,PengY,LeiL,LianX,XiaoJ,XuC,LiX,HeY.OsAAP6functionsasanimportantregulatorofgrainproteincontentandnutritionalqualityinrice.NatureCommunication,2014,5(1),4847.)。OsAAP1蛋白主要运输中性氨基酸，基因超表达后增加了水稻分蘖并增加水稻单株实粒数，而干扰和突变体植株则表现出相反的表型(JiYY,HuangWT,WuBW,FangZM,WangXL.TheaminoacidtransporterOsAAP1mediatesgrowthandgrainyieldbyregulatingneutralaminoacidsuptakeandreallocationinOryzasativa.JournalofExperimentalBotany,2020,71(16):4763-4777.)。可见，不同氨基酸转运蛋白调控生长发育的表型也不尽相同，有些影响水稻分蘖，有些影响水稻品质。同时，由于每一个氨基酸转运蛋白转运的氨基酸不尽相同，其可能受特定几种氨基酸诱导表达，并在不同浓度的某一氨基酸处理下其生长受到促进或抑制效果。这表明每一个氨基酸转运蛋白可能均与一种或多种氨基酸产生密切联系，将氨基酸转运蛋白和相应氨基酸处理联系起来可能有助于水稻选育中的应用，但这需要实验研究才能揭示其可能的内在联系。本方案发现的OsAAP12蛋白与已发现的OsAAP蛋白在序列和功能上均存在较大差异，专利技术人构建了OsAAP12基因的超表达植株和基因敲除植株(突变体植株)，并经研究发现：将水稻OsAAP12基因超表达植株、OsAAP12基因突变体植株与对照中花11放置在普通水稻培养液及分别添加了低中高浓度的某一氨基酸单一处理的水稻培养液中进行培养。与在添加了不同浓度丝氨酸的水稻培养液处理下，中花11、OsAAP12基因的超表达植株及突变体植株之间的分蘖芽伸长及生物量没有差异。在普通水稻培养液及添加1mM或2mM天冬酰胺、2mM或3mM苏氨酸的普通水稻营养液中，对比中花11，OsAAP12基因的超表达植株水稻第一分蘖芽和第二分蘖芽的伸长和生物量均受到抑制，OsAAP12基因突变体植株则受到促进效果。在添加0.5mM天冬酰胺或1mM苏氨酸的水稻普通营养液中，对比中花11，OsAAP12基因的超表达植株水稻第一分蘖芽和第二分蘖芽的伸长和生物量均受到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水稻氨基酸转运基因，其特征在于：其蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，或者其蛋白为如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加若干个氨基酸而获得的具有同等功能的蛋白质。/n

【技术特征摘要】
1.一种水稻氨基酸转运基因，其特征在于：其蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.1所示，或者其蛋白为如SEQIDNO.1所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加若干个氨基酸而获得的具有同等功能的蛋白质。


2.根据权利要求1所述的一种水稻氨基酸转运基因，其特征在于：其cDNA序列如SEQIDNO.2所示。


3.根据权利要求1所述的一种水稻氨基酸转运基因在水稻育种上的应用。


4.根据权利要求3所述的一种水稻氨基酸转运基因在水稻育种上的应用，其特征在于：敲除水稻的cDNA序列如SEQIDNO.2所示的基因。


5.根据权利要求3所述的一种水稻氨基酸转运基因在水稻育种上的应用，其特征在于：在含有1mM-2mM天冬酰胺的培养环境中，对水稻的cDNA序列如SEQIDNO.2所示的基因进行基因敲除处理。


6.根据权利要求3所述的一种水稻氨基酸转运基因在水稻育种上的应用，其特征在于：在含有2mM-3mM苏氨酸的培养环境中，对水稻的cDNA序列如SEQIDNO.2所示的基因进行基因...

【专利技术属性】
技术研发人员：方中明，罗杰，黄玮婷，韦启浪，冯飞，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52