低甲烷水稻制造技术

本发明专利技术涉及能够通过减少水稻植物根部的有机酸诸如延胡索酸的分泌来减少甲烷排放的水稻植物材料。有机酸诸如延胡索酸分泌的减少降低了与水稻植物的根部缔合的产甲烷菌的量，并且从而减少了此类产甲烷菌的甲烷排放。并且从而减少了此类产甲烷菌的甲烷排放。并且从而减少了此类产甲烷菌的甲烷排放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低甲烷水稻


[0001]本专利技术总体上涉及低甲烷水稻，并且尤其涉及能够减少稻田甲烷排放的水稻植物材料。

技术介绍

[0002]水稻是世界上的主要主食，并且超过一半的人口以水稻为主食。水稻年产量约7亿吨。水稻农业是大气甲烷的最大人为来源。为满足未来几十年不断增长的粮食需求而扩大水稻栽培加剧了这种情况。事实上，自工业化前时代以来，大气甲烷对全球变暖的贡献率为20％。
[0003]因此，迫切需要建立既能集约化水稻生产，又能减少稻田的甲烷通量的可持续的技术。2002年提出了开发高产水稻作为抑制甲烷排放的手段的战略。然而，迄今为止还没有报道过这种“高产低甲烷”的水稻。

技术实现思路

[0004]获得能够减少稻田甲烷排放的水稻植物材料是总体目标。
[0005]这个和其它目标通过如本文所公开的实施方案来满足。
[0006]本专利技术涉及能够通过减少水稻植物根部的有机酸分泌，诸如延胡索酸分泌和/或苹果酸分泌来减少甲烷排放的水稻植物材料。这种有机酸分泌的减少降低了与水稻植物根部相缔合的产甲烷菌的量，从而减少了此类产甲烷菌的甲烷排放。
[0007]在独立权利要求中定义本专利技术。在从属权利要求中定义了本专利技术的进一步实施方案。
[0008]本专利技术的方面涉及生产低甲烷水稻植物的方法。所述方法包括对水稻植物材料进行修饰，以减少水稻植物材料根部或获自水稻植物材料的水稻植物根部的有机酸分泌。在该实施方案中，水稻植物材料或水稻植物根部分泌的有机酸的量等于或小于不存在所述修饰的相应野生型水稻植物根部分泌的有机酸的量的90％。水稻植物材料或水稻植物的根部的有机酸分泌减少导致与水稻植物材料或水稻植物的根部结合的存在的产甲烷菌的甲烷排放减少。
[0009]本专利技术的另一方面涉及减少稻田甲烷排放的方法。所述方法包括缺失水稻植物材料中的SUSIBA1启动子中的蔗糖应答区。所述方法还包括在稻田中栽培水稻植物材料或获自所述水稻植物材料的水稻植物。
[0010]本专利技术的另一方面涉及减少稻田甲烷排放的方法。所述方法包括将碳从水稻植物的根部重新分配到水稻植物的穗中。所述方法还包括在稻田中栽培水稻植物，其中碳的重新分配导致根部的有机酸产生和分泌减少，从而导致稻田中与根部结合的土壤中存在的产甲烷菌的甲烷排放减少。
[0011]本专利技术可用于减少稻田的甲烷排放，从而有助于将大米用作食物，但由于大气甲烷增加而对全球变暖的负面影响较小。
附图说明
[0012]通过参考以下结合附图进行的描述可最好地理解所述实施方案以及其另外的目标和优点，在附图中：
[0013]图1.水稻生长条件示意图。时间采样在第4周、第6周、第8周、第13周，在不同时间的成熟和空间取样表示为水平位置1
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3(位置1
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3)和垂直位置1
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3(位置1
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3)。
[0014]图2.第4周、第6周和第7周的水稻根的表型分析。水稻根的照片(图2A)和根长(图2B)。*P<0.05表示SUSIBA2水稻与日本晴(Nipponbare)之间的显著差异。条＝2cm。
[0015]图3.SUSIBA2水稻和日本晴在不同时间段的甲烷排放量。*P<0.05和**P<0.01表示SUSIBA2水稻与日本晴之间的显著差异。
[0016]图4.水稻根和根际区域的部分(图4A)，以及第13周时的水平位置的总部分的微生物测定(图4B)。Mst(甲烷鬃菌科(Methanosaetaceaec))、MET(产甲烷菌)、Msc(甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae))、MBT(甲烷杆菌目(Methanobacteriales))、MMB(甲烷微菌目(Methanomicrobiales))、Arc(古细菌)和甲烷胞菌目(Methanocella)
‑
特异性的Met。*P<0.05和**P<0.01表示SUSIBA2水稻与日本晴相比的微生物水平的显著降低。
[0017]图5.第13周时的土壤(图5A)和根际(图5B)部分的水平位置的微生物测定。*P<0.05和**P<0.01表示SUSIBA2水稻与日本晴相比的微生物水平的显著降低。
[0018]图6.第13周时的根面(图6A)和内圈(endosphere)(图6B)部分的水平位置的微生物测定。*P<0.05和**P<0.01表示SUSIBA2水稻与日本晴相比的微生物水平的显著降低。
[0019]图7.第4周(图7A)和第6周(图7B)时的垂直位置的总部分的微生物测定。*P<0.05和**P<0.01表明与日本晴相比，SUSIBA2水稻的微生物水平显着降低。
[0020]图8.第4周、第6周、第8周和成熟时根系分泌物的NMR分析。
[0021]图9.第6周时SUSIBA2水稻根与日本晴相比的RNAseq分析。SUSIBA2水稻根中600个上调和889个下调的基因的示意图(图9A)。关于SUSIBA2水稻根的Krebs循环中下调的基因(图9B)。
[0022]图10.细菌和古细菌门的相对丰度(图10A)。在水稻品种日本晴(Nipp)、SUSIBA2
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77和SUSIBA2
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80的栽培过程中从土壤A)福建；土壤B)南宁、根P)植物人工气候室和土壤P)植物人工气候室采集的样品中的古细菌纲的相对丰度(Su等人，2015)(图10B)。将每个样品一式三份进行分析。
[0023]图11.水稻SUSIBA1启动子中大麦相应糖感应序列的CRISPR/Cas缺失导致穗长度增加。水稻SUSIBA1启动子中的相应糖感应序列和CRISPR/Cas缺失的示意图(图11A)。Nipp：野生型水稻品种日本晴，其已暴露于无缺失的相同的CRISPR组织培养方案。CRISPR：具有SUSIBA1序列的CRISPR/Cas缺失的日本晴水稻(图11B)。**表示长穗与短穗之间的统计学差异显著(P<0.01)。n＝12。在与所描述的(Su等人(2015))相同的植物人工气候室条件下栽培CRISPR水稻和日本晴水稻。
[0024]图12.不同组的产甲烷菌繁殖对延胡索酸处理两周(从第6周至第8周)的应答。Mst(甲烷鬃菌科)、MET(产甲烷菌)、Msc(甲烷八叠球菌科)、MBT(甲烷杆菌目)、MMB(甲烷微菌目)、Arc(古细菌)、甲烷胞菌目
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特异性的Met。
[0025]图13.三种限速酶(柠檬酸合酶(E.C.2.3.3.1)、异柠檬酸脱氢酶(EC 1.1.1.42和EC 1.1.1.41)和α
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酮戊二酸脱氢酶(EC 1.2.4.2、EC 2.3.1.61和EC 1.8.1.4)基因的qPCR
分析和用于延胡索酸积累的关键酶(琥珀酸脱氢酶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种产生低甲烷水稻植物的方法，所述方法包括修饰水稻植物材料以减少所述水稻植物材料根部或获自所述水稻植物材料的水稻植物根部分泌的有机酸，其中所述水稻植物材料或所述水稻植物的根部分泌的有机酸的量等于或小于缺乏所述修饰的相应野生型水稻植物的根部分泌的有机酸的量的90％；以及所述水稻植物材料或所述水稻植物的根部的有机酸分泌减少导致与所述水稻植物材料或所述水稻植物的根部结合的存在的产甲烷菌的甲烷排放减少。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水稻植物材料或所述水稻植物的根部分泌的有机酸的量等于或小于80％，优选等于或小于70％，以及更优选等于或小于60％的缺乏所述修饰的所述相应野生型水稻植物的根部分泌的有机酸的量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中修饰所述水稻植物材料包括缺失水稻植物材料中的SUSIBA1启动子中的蔗糖应答区或其部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中修饰所述水稻植物材料包括下调所述水稻植物材料中参与Krebs循环的酶，其中所述酶优选地选自由以下组成的组：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α
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酮戊二酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、延胡索酸酶和苹果酸脱氢酶。5.根据权利要求4所述的方法，其中下调所述酶包括用与所述基因的启动子相比在所述水稻植物...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传信，A，
申请(专利权)人：孙传信，
类型：发明
国别省市：