基因OsLUX在促进水稻抽穗和提高植物抗病性中的应用制造技术

本发明专利技术公开了基因OsLUX在促进水稻抽穗和提高植物抗病性中的应用。OsLUX基因是水稻生物钟的核心组分，本发明专利技术通过Mutmap方法鉴定了OsLUX的三个突变体，表现为极端晚抽和晚抽表型。进一步研究发现OsLUX基因表现为昼夜节律表达，定位在细胞核和质膜中并具有转录自激活活性，通过抑制OsGI、Hd1和Ghd7来促进Ehd1、Hd3a和OsMADS14的表达，最终促进抽穗。同时，elh1/oslux

【技术实现步骤摘要】
基因OsLUX在促进水稻抽穗和提高植物抗病性中的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程领域，具体地说，涉及基因OsLUX在促进水稻抽穗和提高植物抗病性中的应用。

技术介绍

[0002]生物钟被赋予植物“中央处理器”的功能，几乎参与调控了水稻所有的生长发育、物质代谢及应激反应过程。外界环境因子的动态变化经输入途径传递到生物钟系统，使植物感知特定时间的信号变化，进而调控植物相应的生长发育进程以达到与外界环境变化的同步性。在大田环境下，作物的整个生命周期均处于变化的自然条件中(主要是光照和温度)，生物钟协调水稻内源时间机制以适应外界环境近24小时的节律变化，此过程对调控作物抽穗和产量的成至关重要，如开花相关的周期性表达以应对环境因素的变化(Nakamichi et al.，2020)；生物钟相关基因赋予作物以感知环境信号来直接调控碳水化合的代谢，获得更多能量来源来提高光合作用的利用率；淀粉在白天的合成积累及晚上的降解(Kim et al.，2017)水稻是我国重要的粮食作物，其抽穗期作为最重要的农艺性状之一，严格受控于生物钟的调节。
[0003]水稻中，生物钟调节光周期开花的进展主要集中在对OsELF3、OsCCA1/OsLHY、OsGI和OsFKF1等基因的研究上。长日照条件下，OsELF3作为开花激活子调控生物钟相关基因，oself3突变体中，OsCCA1/OsLHY表达量在早上下调，OsPRR95、OsPRR73、OsPRR59、OsPRR37、OsPRR1和OsGI的表达量上调。OsLHY作为生物钟核心组件，通过OsGI
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Hd1途径精准调节水稻的抽穗期，在不同日照条件下具有完全依赖于Hd1的提早和延迟抽穗的双重功能(Zhou et al.2021)。OsPRR1和OsGI是生物钟晚间循环中的一环，参与水稻OsGI
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Hd1
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Hd3a开花途径的调控，可见OsGI在生物钟和水稻开花调节子间起着枢纽作用。此外，OsELF3作为负调节因子对下游Ghd7也有抑制作用，通过OsELF3的两条调控途径，激活了下游Hd3a和RFT1的表达以促进水稻在长日照条件下的开花(Yang et al.，2013)。在拟南芥中，FKF1作为蓝光受体参与CO的调控来诱导长日照下的开花；而在水稻中，OsFKF1可能是独立于光周期的自主开花激活子，通过调控下游Ehd2、Ghd7和Ehd1的表达来诱导开花。根据拟南芥中FKF1蓝光受体的保守性，OsFKF1
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OsG1互作可能在蓝光下参与水稻独立于Ehd2和Ghd7途径的Ehd1的调节(Han et al.，2015)。
[0004]活性氧(ROS)是植物响应生物和非生物胁迫的重要信号分子，胞内ROS的稳态是由抗氧化系统所调控。研究表明，植物体内H2O2水平在持续光照条件下具有节律振荡。突变ELF3、LUX、TOC1等生物钟相关基因，也均造成H2O2水平和ROS相关基因表达节律性的丧失(Lai et al.，2012)。说明生物钟参与调控了ROS的稳态以维持细胞的正常代谢功能，生物钟相关基因在植物非生物胁迫调控中起作用。在生物胁迫上，植物生物钟也发挥着重要的作用。植株生长过程中，时刻遭受病原菌的侵扰，因此，植物整体上进化出两条防御机制，如PTI过程中的SA、JA和ROS的积累，物理性防御如气孔开张、细胞壁加厚和胼胝质积累等；ETI过程中R基因的特异性表达。研究表明，CCA1和LUX功能缺失引起生物钟节律紊乱而导致对
病原菌的防御水平降低(Hevia et al.，2015；Zhang et al.，2013；Korneli et al.，2014)。CCA1至少部分是依赖气孔的调节来参与拟南芥的抗性，GRP7的表达具有节律性，在开花转变和病原菌防御方面发挥作用，GRP7作为CCA1的下游靶基因，调控气孔的开张来抵御病原菌的侵入(Zhang et al.，2013)。除CCA1外，其他生物钟基因如TOC1、ELF3和LUX同样也以依赖气孔的方式参与植物的抗性(Somers et al.，1998；Kinoshita et al.，2011；Zhanget al.，2013)。CCA1过表达植株表现出更感病的表型，然而GRP7过表达植株却没有相应的表型，说明CCA1还有可能通过其他途径参与拟南芥的抗性反应。最新研究表明，LUX能够参与多层次的防御反应，包括气孔的开张、系统获得性抗性、基础抗性和SA及JA信号途径。LUX作为转录抑制子，抑制JA信号途径相关基因JAZ5的表达，并激活下游SA信号相关基因EDS1的表达，SA和JA信号途径的交叉，使得拟南芥获得对不同生活方式病原菌的广谱抗性(Zhang et al.，2019)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供基因OsLUX在促进水稻抽穗和提高植物抗病性中的应用。
[0006]为了实现本专利技术目的，第一方面，本专利技术提供基因OsLUX在促进水稻抽穗中的应用。
[0007]本专利技术中，基因OsLUX为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：
[0008](a)由SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；或
[0009](b)SEQ ID NO:3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种促进水稻抽穗的方法，所述方法包括：增强水稻中的基因OsLUX，获得该基因增强的转基因水稻。
[0011]所述增强的途径选自以下1)～5)，或任选的组合：
[0012]1)通过导入具有所述基因的质粒而增强；
[0013]2)通过增加染色体上所述基因的拷贝数而增强；
[0014]3)通过改变染色体上所述基因的启动子序列而增强；
[0015]4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接而增强；
[0016]5)通过导入增强子而增强。
[0017]第三方面，本专利技术提供基因OsLUX在提高植物抗病性中的应用。
[0018]优选地，所述植物为禾本科稻属植物，更优选水稻。
[0019]进一步地，所述应用为提高水稻抗病性，所述抗病性包括但不限于抗白叶枯病。
[0020]第四方面，本专利技术提供一种提高水稻抗病性的方法，所述方法包括：增强水稻中的基因OsLUX，获得该基因增强的转基因水稻。
[0021]所述增强的途径选自以下1)～5)，或任选的组合：
[0022]1)通过导入具有所述基因的质粒而增强；
[0023]2)通过增加染色体上所述基因的拷贝数而增强；
[0024]3)通过改变染色体上所述基因的启动子序列而增强；
[0025]4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接而增强；
[0026]5)通过导入增强子而增强。
[0027]所述抗病性包括但不限于抗白叶枯病。
[0028]第五方面，本专利技术提供基因OsLUX的3种突变体，其特征在于，所述突变体为基因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基因OsLUX在促进水稻抽穗中的应用；所述基因OsLUX为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：(a)由SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；或(b)SEQ ID NO:3所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。2.一种促进水稻抽穗的方法，其特征在于，所述方法包括：增强水稻中的基因OsLUX，获得该基因增强的转基因水稻；所述增强的途径选自以下1)～5)，或任选的组合：1)通过导入具有所述基因的质粒而增强；2)通过增加染色体上所述基因的拷贝数而增强；3)通过改变染色体上所述基因的启动子序列而增强；4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接而增强；5)通过导入增强子而增强。3.基因OsLUX在提高植物抗病性中的应用；所述基因OsLUX同权利要求1中所述；优选地，所述植物为禾本科稻属植物，更优选水稻。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述应用为提高水稻抗病性，所述抗病性为抗白叶枯病。5.一种提高水稻抗病性的方法，其特征在于，所述方法包括：增强水稻中的基因OsLUX，获得该基因增强的转基因水稻；所述增强的途径选自以下1)～5)，或任选的组合：1)通过导入具有所述基因的质粒而增强；2)通过增加染色体上所述基因的拷贝数而增强；3)通过改变染色体上所述基因的启动子序列而增强；4)通过将强启动子与所述基因可操作地连接而增强；5)通过导入增强子而增...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玮勋，徐鹏，曹立勇，程式华，张迎信，占小登，
申请(专利权)人：中国水稻研究所，
类型：发明
国别省市：