一种水稻器官发育和产量调控基因及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻器官发育和产量调控基因及其应用，属于植物遗传育种领域，该基因为水稻OsHY1基因第35个碱基之后增加一个碱基A，有利于解析光调控水稻生长发育的机制，及培育水稻高产优质品种，能够应用在调控叶片光合作用、调控水稻株高、调控水稻田间产量及调控水稻根系发育。控水稻根系发育。控水稻根系发育。

【技术实现步骤摘要】
一种水稻器官发育和产量调控基因及其应用


[0001]本专利技术涉及一种水稻器官发育和产量调控基因及其应用，属于植物遗传育种


技术介绍

[0002]水稻是主要的粮食作物之一，高产优质水稻通常由多个性状决定，其中包括开花期、株高、分蘖和根系发育等。外界不同的生长环境直接影响作物的生长发育，进而影响水稻等作物生育期和根系对养分的吸收。水稻等作物开花时间以及根系吸收营养物质是决定产量和品质的关键指标。目前，外界生长环境对植物开花和根系发育的分子机制研究主要在高温、干旱等逆境胁迫，而光信号响应基因在调控花期和根系发育的研究尚不成熟。
[0003]外界光环境参与调控植物生长的整个生命周期过程，植物在生长发育的不同时期均能感知外界光信号。当幼苗感知光信号后，植物通过诱导相关基因表达促进叶绿体发育、下胚轴顶钩展开和子叶扩展等，该生长发育模式称为光形态建成。拟南芥蓝光受体CRY1与GID1和DELLA蛋白相互作用调节赤霉素信号传导和光形态建成。植物接收光信号以后，植物激素生长素等在地上部积累，然后转运到地下部促进根系发育。光信号同样影响作物生育期进而影响养分吸收和产量。当外界环境发生变化时，植物能够快速改变根系构型来调控对营养的吸收。蓝光通过长距离信号HY5促进缺磷诱导的初生根生长抑制。光照条件下，拟南芥HY1通过诱导转录因子HY5及其同源基因HYH的表达维持生长素的极性运输和生长素在根尖信号震荡区的积累，进而诱导根系生物钟和侧根的周期性发生。现代农作物的高产优质十分依赖于根系对养分的吸收效率。因此，光信号在调控植物根系形态建成过程中至关重要。
[0004]水稻OsHY1是拟南芥的同源基因，它是植物光合作用过程中的重要功能原件，主要参与光敏色素发色团的生物合成。通过Crispr
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cas9技术构建并获得一个调控花期、株高、根系伸长和产量的水稻单碱基插入突变体hy1，表明OsHY1基因在调控水稻生育期和根系发育过程中发挥重要的功能。现阶段，光信号通路中的关键调控因子在水稻生育期、根系发育和产量等方面的研究明显不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有
技术介绍
中的不足，提供一种水稻器官发育和产量调控基因及其应用，有利于解析光调控水稻生长发育的机制，有利于培育水稻高产优质品种。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种水稻器官发育和产量调控基因，所述基因为水稻OsHY1基因第35个碱基之后增加一个碱基A。
[0008]结合第一方面，进一步的，所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0009]进一步的，所述基因在水稻根尖维管和侧根原基处表达。
[0010]根据上述任一权利要求所述的一种水稻器官发育和产量调控基因，或含有所述基
因的生物材料在植物育种方面的应用，能够进行以下应用：
[0011]调控叶片光合作用；
[0012]调控水稻株高；
[0013]调控水稻田间产量；
[0014]及调控水稻根系发育。
[0015]进一步的，所述田间产量包括分蘖数、单株产量和千粒重。
[0016]根据上述任一权利要求所述的一种水稻器官发育和产量调控基因的植株制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0017]对水稻OsHY1基因的第一个外显子上选择靶位点进行基因突变，获得目的基因；
[0018]将目的基因进行扩增，提取质粒，
[0019]将提取质粒通过农杆菌介导法转入水稻野生型株系，获得目标植株。
[0020]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0021]本专利技术分离克隆了与水稻器官发育和产量调控相关的基因OsHY1，通过基因敲除技术获得OsHY1突变植株；
[0022]通过田间试验及分析证明该OsHY1突变植株具有生育期提前、叶片发黄、株高变矮和促进根伸长的作用，证实OsHY1突变基因不仅直接调控水稻抽穗开花，同时参与水稻的光合作用以及根系发育过程，为未来水稻品种改良应用建立理论基础。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的OsHY1敲除突变体及启动子融合GUS转基因植株的构建过程图；其中A为水稻OsHY1基因组DNA和编码区CDS模式图，gRNA为外显子编码区CRISPR
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Cas9敲除位点，B为水稻OsHY1敲除突变体突变位点示意图，C为水稻OsHY1启动子融合GUS蛋白转基因载体构建示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的OsHY1基因调控水稻生育期和株高对比图；其中A为野生型水稻与OsHY1基因调控水稻生育期对比图；B为野生型与水稻OsHY1基因突变体株高对比图；C为水稻OsHY1基因突变体生育期的开花时间和株高统计分析柱状图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的水稻OsHY1基因大田表型和产量分析图；其中A为水稻OsHY1基因突变体成熟期大田表型对比图；B为水稻OsHY1基因突变体单株产量对比图；C分别为水稻OsHY1基因突变体成熟期株高、分蘖数、单株产量和千粒重统计分析柱状图；
[0026]图4为本专利技术实施例提供的水稻OsHY1基因突变体的根组织特异性表达分析；其中a为水稻OsHY1基因启动子融合蛋白GUS转基因幼苗侧根原基化学染色图，b为根尖组织组织化学染色图；
[0027]图5为本专利技术实施例提供的光信号依赖于HY1调控侧根发生和主根伸长图；其中A为野生型、hy1敲除突变体在萌发3d后，转移至持续光照或黑暗条件下生长5d后根系表型图，B为不同光照条件下，水稻主根长度和侧根数目统计分析柱状图；
[0028]图6为本专利技术实施例提供的光信号依赖于HY1调控根尖分生区表型图；其中A为野生型、hy1敲除突变体在萌发3d后，转移至持续光照或黑暗条件下生长3d后根尖分生区表型图；B为不同光照条件下，水稻根尖分生区长度和数目统计分析柱状图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0030]实施例一
[0031]本实施例进行水稻OsHY1基因突变体植株的培养及鉴定，如图1所示，为本专利技术实施例提供的OsHY1敲除突变体及启动子融合GUS转基因植株的构建过程图；其中A为水稻OsHY1基因组DNA和编码区CDS模式图，图中的gRNA为外显子编码区CRISPR
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Cas9敲除位点，B为水稻OsHY1敲除突变体突变位点示意图，C为水稻OsHY1启动子融合GUS蛋白转基因载体构建示意图。
[0032]OsHY1基因突变体植株的培养：
[0033]靶位点选择：根据水稻OsHY1基因序列利用CRISPR
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Cas9系统设计gRNA靶位点，为提高突变效率，对目的基因设计2个靶点，分别位于OsHY1的第1个外显子上，如图1中A所示，靶位点正反向接头引物序列为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水稻器官发育和产量调控基因，其特征在于，所述基因为水稻OsHY1基因第35个碱基之后增加一个碱基A。2.根据权利要求1所述的一种水稻器官发育和产量调控基因，所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。3.根据权利要求1或2所述的一种水稻器官发育和产量调控基因，其特征在于，所述基因在水稻根尖维管和侧根原基处表达。4.根据权利要求1或2所述的一种水稻器官发育和产量调控基因，或含有所述基因的生物材料在植物育种方面的应用，其特征在于，能够进行以下应用：调控叶片光合作用；调控水稻...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣伟，段星亮，王伟，徐国华，骆乐，瞿红叶，
申请(专利权)人：南京农业大学三亚研究院，
类型：发明
国别省市：