一种调控落粒性的基因及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种调控落粒性的基因及其应用。本发明专利技术提供一种调控植物落粒性的方法，所述方法包括调节植物中SHAT3基因的表达。述方法包括调节植物中SHAT3基因的表达。

【技术实现步骤摘要】
一种调控落粒性的基因及其应用


[0001]本专利技术属于生物技术和植物学领域；更具体地，本专利技术涉及一种落粒性调控基因及其应用。

技术介绍

[0002]野生稻为了便于种子传播，一般都具有发达的离层，在种子成熟时会自然脱落。虽然落粒性有利于野生稻的种子传播，但在栽培稻中往往带来产量减少等负面影响。在驯化的过程中，经过人类祖先的选择逐渐形成了现在不易落粒便于人类耕种和收获的栽培稻。水稻种子的易于脱落是由于存在一个被为离层区(abscission zone，AZ)的结构，位于种子与支梗的连接处。该结构一至两层形态较小，胞质稠密，并且呈扁平状排列的细胞组成。这些细胞在响应一些促进脱落的生物或非生物信号时表现出与周围细胞不同的生理生化反应。通常促进脱落的信号与植物远端器官的衰老相关。但是一系列环境因素，比如缺水，极端温度，或昆虫和病原菌的入侵等也会造成叶片，花或果实的提前脱落。不合时宜的脱落会造成许多农作物或果树的减产。因此，了解脱落过程在现代农作物中是怎样被调控的具有重要的农业意义。
[0003]在水稻落粒的研究中心，被认为与驯化选择最为相关的有两个。其中一个是SH4，编码一个MYB家族转录因子，带有DNA结合结构域。栽培稻sh4的一个单氨基酸突变导致落粒性下降，但并没有导致离层区完全散失。这个突变位点存在于目前大多数栽培稻中，除了一些非洲栽培稻中存在另外一个等位位点的突变，导致离层发育的显著缺失。另一个与脱落相关的基因是qSHl，编码一个BEL1类型的同源异型蛋臼。qSHl是从不落粒的梗稻日本睛和落粒性较好的籼稻(Kasalath)的高世代回交群体克隆到。qSHl基因连同其上游约12Kb的5'UTR内的一个SNP共同决定离层区的分化。
[0004]之后也相继报道了一些与离层发育相关的基因。一个通过栽培稻突变体克隆到的OsCPLl，该基因编码CDP磷酸化酶，被认为在水稻离层区发育过程中起着负调控的作用。随后，我们发现了AP2类基因SHAT1参与水稻离层发育的调控，shat1突变体离层完全消失，而且植物会出现一些不良的性状。SHAT1基因不属于驯化基因，但是对离层发育有着重要作用。其小麦中同源基因Q基因被报道影响种子的落粒性。Q基因编码一个AP2的转录因子，与小麦易于脱粒的性状有重要关系，是驯化基因。另外还有SH5和OSH15可以相互作用，抑制木质素的合成而增加落粒性，并且OSH15蛋白可以与SH5和qSH1互作9，10。最近报道SSH1的基因，编码一个AP2类转录因子，正调控qSH1和SH5的表达，进而调控水稻落粒性。
[0005]以上基因都与水稻的落粒性相关，有的直接调控离层发育，也有的影响木质素积累，间接影响种子落粒性。目前虽然克隆到了不少落粒相关基因，但是对于水稻离层后期如何降解分离的原理知之甚少。本领域有必要进一步研究调控植物中子落粒性能的基因，以应用于植物优良品种的筛选、育种。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种离层区发育相关基因及其应用。
[0007]本专利技术第一方面提供一种物质的用途，所述物质选自下组：SHAT3基因或其编码蛋白、或其促进剂或抑制剂，用于调控植物的落粒性、离层细胞解离、和/或减少因落粒带来的产量损失。
[0008]在一个或多个实施方案中，所述物质为SHAT3基因或其编码蛋白、或其促进剂，并且所述调控植物的落粒性是促进植物落粒和/或离层细胞解离。
[0009]在一个或多个实施方案中，所述物质为SHAT3基因的抑制剂，并且所述调控植物的落粒性是抑制植物落粒和/或离层细胞解离。
[0010]在一个或多个实施方案中，所述促进剂选自下组：小分子化合物、核酸分子或其组合。
[0011]在一个或多个实施方案中，所述抑制剂是特异性干扰SHAT3基因转录和/或表达的抑制分子(干扰分子)。
[0012]在一个或多个实施方案中，所述抑制分子以SHAT3基因或其转录本作为抑制靶标。
[0013]在一个或多个实施方案中，所述抑制分子以SEQ ID NO:1或2作为抑制靶标。
[0014]在一个或多个实施方案中，所述抑制分子选自下组：(1)小分子化合物、反义核酸、microRNA、siRNA、RNAi、dsRNA、sgRNA、抗体或其组合，和(2)能表达或形成(1)的核酸构建物。优选地，所述抑制分子是以SEQ ID NO:2或其转录本作为沉默靶标的dsRNA或构建物。
[0015]在一个或多个实施方案中，所述抑制剂是使SHAT3基因的外显子发生缺失突变的试剂。优选地，所述抑制剂是使SHAT3编码序列(例如SEQ ID NO:2)的第756位碱基缺失的试剂。
[0016]在一个或多个实施方案中，所述抑制剂是使用选自ZFN、TALEN和CRISPR的技术敲除SHAT3编码序列(例如SEQ ID NO:2)的第756位碱基的试剂，例如sgRNA。
[0017]在一个或多个实施方案中，所述抑制剂是用于敲除SHAT3编码序列(例如SEQ ID NO:2)的第756位碱基的sgRNA。
[0018]在一个或多个实施方案中，所述抑制剂还包含Cas酶(例如Cas9)、其编码序列、和/或表达所述Cas酶的核酸构建物。
[0019]在一个或多个实施方案中，所述植物是禾谷类作物。
[0020]在一个或多个实施方案中，所述植物是禾本科植物。
[0021]在一个或多个实施方案中，所述禾本科植物是水稻，大麦、小麦、燕麦、黑麦。
[0022]在一个或多个实施方案中，所述水稻包括籼稻、粳稻、或其组合。
[0023]在一个或多个实施方案中，所述水稻是日本晴。
[0024]在一个或多个实施方案中，所述SHAT3基因包括cDNA序列、基因组序列、或其组合。
[0025]在一个或多个实施方案中，所述SHAT3基因来自禾本科植物，优选来自水稻。
[0026]在一个或多个实施方案中，所述SHAT3基因的氨基酸序列选自下组：
[0027](a)具有SEQ ID NO:1所示序列的多肽；
[0028](b)将SEQ ID NO:1所示序列经过一个或多个(如1
‑
20个；优选地1
‑
10；更优选地1
‑
5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；或
[0029](c)与(a)的多肽序列有90％(优选地93％；更优选地95％或98％)以上同源性且具
有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽。
[0030]在一个或多个实施方案中，所述SHAT3基因的核酸序列选自：
[0031](1)编码如SEQ ID NO:1所示多肽的多核苷酸；
[0032](2)如SEQ ID NO:2所示的多核苷酸或与其具有80％(优选地90％；更优选地95％或98％)以上同源性的多核苷酸；
[0033](3)在SEQ ID NO:2所示多核苷酸的5
’
端和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.物质在调控植物的落粒性和/或离层细胞解离中的用途，所述物质选自下组：SHAT3基因或其编码蛋白、或其促进剂或抑制剂，优选地，所述植物是禾谷类作物。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述SHAT3基因编码的氨基酸序列选自：(a)具有SEQ ID NO:1所示序列的多肽；(b)将SEQ ID NO:1所示序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；或(c)与(a)的多肽序列有90％以上同源性且具有(a)多肽功能的由(a)衍生的多肽；和/或，所述SHAT3基因的核酸序列选自：(1)编码如SEQ ID NO:1所示多肽的多核苷酸；(2)如SEQ ID NO:2所示的多核苷酸或与其具有80％以上同源性的多核苷酸；(3)在SEQ ID NO:2所示多核苷酸的5
’
端和/或3
’
端截短或添加1
‑
60个核苷酸的多核苷酸；(4)与(1)
‑
(3)任一所述的多核苷酸互补的多核苷酸。3.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述促进剂选自下组：小分子化合物、核酸分子或其组合；所述抑制剂是特异性干扰SHAT3基因转录或表达的抑制分子，优选地，所述抑制分子以SHAT3基因或其转录本作为抑制靶标，更优选地，所述抑制分子选自下组：(1)小分子化合物、反义核酸、microRNA、siRNA、RNAi、dsRNA、sgRNA、抗体或其组合，和(2)能表达或形成(1)的核酸构建物。4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述抑制剂是使SHAT3的编码序列的第756位碱基缺失...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩斌，吕丹凤，戴冰馨，
申请(专利权)人：中国科学院分子植物科学卓越创新中心，
类型：发明
国别省市：