OsNDB2基因在水稻种子大小负调控中的应用制造技术

本发明专利技术涉及OsNDB2基因在水稻种子大小负调控中的应用，属于基因工程技术领域，本发明专利技术首先在水稻粳稻品种

【技术实现步骤摘要】
OsNDB2基因在水稻种子大小负调控中的应用


[0001]本专利技术属于基因工程
，具体涉及OsNDB2基因在水稻种子大小负调控中的应用。

技术介绍

[0002]水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的粮食作物，是全球一半以上人口赖以生存的基本食粮。水稻也是我国重要的粮食作物，我国水稻产量占全世界水稻产量的37%，是世界上水稻产量最高的国家。预计到2050年，全世界人口将会达到91亿，这需要每公顷的土地养活43个人。然而水资源短缺、土壤盐分、疾病、气候变化和可耕地面积减少等各种因素将会加剧未来50年的粮食短缺（Qi et al., 2012）。因此，提高水稻的产量，是解决粮食缺乏问题的关键。
[0003]一、水稻粒型研究进展。
[0004]水稻产量是多基因控制的复杂性状，主要由单位面积有效穗数、穗粒数和粒重决定。水稻的有效穗数与分蘖能力有关；穗粒数主要由穗长、枝梗数及结实率决定；粒重是决定水稻产量最重要的关键因素，主要由粒长、粒宽、粒厚决定。
[0005]随着分子生物学的发展，越来越多的调控水稻粒型的基因被克隆，这些已经被克隆的基因主要分为以下几类：（1）参与蛋白泛素化降解的酶类；（2）参与G蛋白信号途径的基因；（3）参与植物激素途径的基因；（4）一部分转录因子。
[0006]蛋白泛素化途径：最近的研究表明蛋白的泛素化降解在水稻的粒型调控中发挥重要的作用，目前已经克隆的依赖蛋白泛素降解途径调控水稻粒型的基因有GW2、TUD1、HGW等。
[0007]蛋白：G蛋白是鸟苷酸结合蛋白（guanosine nucleotide
‑
binding protein）的简称，是指能够与GTP或GDP结合，与膜受体偶联而具有信号转导作用的蛋白质。G蛋白由Gα，Gβ，Gγ三个不同的亚基组成。在水稻中Gα亚基由RGA1编码；Gβ亚基由RGB1基因编码，Gγ亚基由5个基因编码。G蛋白复合体位于细胞膜上，可以与G蛋白偶联受体一起协同接受胞外信号，并将信号转递给下游响应因子，调控生物体的生长发育。
[0008]植物激素：植物激素是指在植物体内合成并对植物生长发育具有调节作用的活性物质，包括生长素（Auxins）、赤霉素（Gibberellin, GA）、细胞分裂素（Cytokinins, CK）、脱落酸（Abscisic acid, ABA）、乙烯（Ethylene）、油菜素内酯（Brassinosteroids, BR）、独角金内酯（Strigolactone）和茉莉酸（酯）（Jasmonic acid）等。这些激素在植物的整个生长发育过程中发挥重要的作用。已经证明，一些植物内源激素例如生长素、油菜素内酯在种子发育过程中起着至关重要的作用。
[0009]转录因子：GS2（GRAIN SIZE ON CHROMOSOME 2）/GRF4编码一个生长调控因子（growth
‑
regulating factor, GRF）。过表达GS2可以促进颖壳细胞的增殖和膨大，从而提高水稻的粒重和产量（Hu et al., 2015, Duan et al., 2015）；GW8/SPL16编码一个控制细胞增殖的正向调控蛋白，属于SBP结构域的转录因子家族的成员。超表达GW8促进水稻颖
壳的细胞分裂，同时提高灌浆速率，增加水稻粒宽和产量；将GW8基因敲除会产生较细的籽粒，改变了籽粒的外观（Wang et al., 2012）。GLW7（GRAIN LENGTH AND WIEIGHT ON CHROMOSOME 7）/SPL13是一个控制水稻粒长和粒重的主效QTL，编码植物特异的转录因子。OsSPL13正调控水稻颖壳的细胞大小，从而增大水稻籽粒的体积，增加粒重。
[0010]二、植物线粒体电子传递链研究进展。
[0011]在植物中，线粒体电子传递链（mtETC）位于线粒体内膜，包括4个多亚基的复合体：复合体I（NADH脱氢酶）、复合体II（琥珀酸脱氢酶）、复合体III（细胞色素C还原酶）、复合体IV（细胞色素C氧化酶）。此外，植物还拥有交替呼吸途径（alternative respiratory pathway）可以绕过经典的电子传递链直接从复合体I或复合体II到复合体IV。这种交替呼吸途径包括鱼藤酮不敏感的类型II NADPH脱氢酶（rotenone
‑
insensitive type II NAD(P)H dehydrogenases）、泛醌（ubiquinone）、交替氧化酶（alternative oxidase）。在植物中，鱼藤酮不敏感的类型II NADPH脱氢酶（NAD(P)H dehydrogenases，ND）包括3个亚家族（NDA、NDB、NDC）。
[0012]在拟南芥中，ND家族一共有7个成员。抑制AtNDB1的表达影响细胞的代谢和植物的生长发育（Wallstr
ö
m et al., 2014），但是增强了植株对氨毒害的耐性（Podg
ó
rska et al., 2018）。AtNDB2在拟南芥应对非生物胁迫中发挥重要的作用。超表达AtNDB2增强对干旱胁迫的耐性，而突变体ndb2则对干旱胁迫敏感（Sweetman et al., 2019）。AtNDB4调控拟南芥的耐盐性（Smith et al., 2011）。AtNDC1调控维生素K1的合成（Fatihi et al., 2015）。
[0013]在水稻中，ND家族包括6个成员，分别是OsNDA1、OsNDA2、OsNDB1、OsNDB2、OsNDB3、OsNDC1。

技术实现思路

[0014]针对上述问题，本专利技术首先在水稻粳稻品种
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空育131
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（KY131）中通过PCR的方法克隆了OsNDB2的编码区序列（Coding sequence, CDS），CDS全长1728 bp，编码575个氨基酸；然后通过构建超表达和基因编辑载体（利用CRISPR/Cas9 (CRI)系统），并以
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空育131
’
作为转化受体，进行转基因实验，探究了OsNDB2在水稻种子大小负调控中的生物学功能。
[0015]第一方面，本专利技术提供一种调控水稻种子大小的OsNDB2蛋白，其具有以下任意一种特征：a、具有SEQ ID NO：02所示的氨基酸序列；b、如SEQ ID NO：02所示的氨基酸序列通过一个或多个氨基酸的替换、缺失或插入而获得的，具有调控水稻种子大小功能的类似物；c、与SEQ ID NO：02所示的氨基酸序列具有至少75%同源性的功能类似物。
[0016]在本专利技术的实施方案中，所述蛋白具有SEQ ID NO：02所示的氨基酸序列。
[0017]第二个方面，本专利技术提供编码第一个方面所述蛋白的基因，所述基因具有如下任意一个特征：a、具有如SEQ ID NO：01所示的核苷酸序列；b、对如SEQ ID NO：01所示的核本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控水稻种子大小的OsNDB2蛋白，所述蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：02所示。2.编码如权利要求1所述的OsNDB2基因，所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：01所示。3.一种重组表达载体，包含权利要求1所述的核苷酸序列。4.根据权利要求3所述的重组表达载体，其特征在于：所述重组表达载体为超表达载体或基因编辑载体。5.一种转化体，其特征在于：所述转化体是将权利要求3所述的重组表达载体转入宿主细胞中所得。6.根据权利要求5所述的转化体，其特征在于：所述宿主细胞为农杆菌。7.权利要求1所述的OsNDB2蛋白、权利要求2所述的OsNDB2基因、权利要求3所述的重组表达载体或权利要求5所述的转化体在调控水稻种子大小或培育水稻转基因新品种中的应用。8.一种增加水稻种子大小的方法，其特征在于：将基因编辑载体转化水稻，敲除水稻中的OsNDB2基因；具体包括以下步骤：步骤一、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明欣，刘佳佳，侯琳琳，
申请(专利权)人：洛阳师范学院，
类型：发明
国别省市：