OsCAX1a基因在冷适应性水稻品种选育中的应用制造技术

本发明专利技术公开了OsCAX1a基因在冷适应性水稻品种选育中的应用，属于植物基因工程领域。OsCAX1a基因编码的两种不同剪接体翻译蛋白的氨基酸序列分别如SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2所示，CDS序列分别如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。本发明专利技术发现OsCAX1a为水稻冷胁迫适应性的负调控因子，敲除OsCAX1a基因在水稻生长发育早期受抑制，但随着抽穗期的延长，进入低温生长时期，突变体明显有较好的冷适应性，最终体现在分蘖数增多，单株籽粒产量增加的表型。可通过选育该基因表达量低或者通过基因编辑的方法突变该基因，培育耐受低温胁迫的优良冷适应性水稻品种，有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
OsCAX1a基因在冷适应性水稻品种选育中的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及Cation/H
+
反向转运蛋白基因OsCAX1a在冷适应性水稻品种选育中的应用。

技术介绍

[0002]Ca
2+
/Cation antiporters(CaCA)超家族是一种古老而广泛存在的离子耦合阳离子转运蛋白家族，几乎存在于生命的所有领域，通过主要转运蛋白产生的H
+
或Na
+
梯度转运Ca
2+
或其他阳离子，并在阳离子转运和体内平衡中发挥重要作用(Shigaki T and Hirschi K D.Diverse functions and molecular properties emerging for CAX Cation/H+exchangers in plants[J].Plant Biology,2006,8(4):419
‑
429；Pittman J K and Hirschi K D,Phylogenetic analysis and protein structure modelling identifies distinct Ca2+/Cation antiporters and conservation of gene family structure within Arabidopsis and rice species[J].Rice,2016,9(1):3)。
[0003]Cation/H
+
反向转运蛋白(CAX)家族是CaCA超家族的5个家族之一，在植物中，CAXs是一个多基因家族的成员，主要存在于液泡中。植物CAX家族根据氨基酸序列分为IA和IB两大类，在拟南芥中，CAX1、CAX3和CAX4被分为IA型，CAX2、CAX5和CAX6被分为IB型；在水稻基因组中，已鉴定出OsCAX1a、OsCAX1b、OsCAX1c、OsCAX2和OsCAX35个CAXs(Shigaki T and Hirschi K D.Diverse functions and molecular properties emerging for CAX Cation/H+exchangers in plants[J].Plant Biology,2006,8(4):419
‑
429；Yamada N,Theerawitaya C,Cha
‑
um S,et al.Expression and functional analysis of putative vacuolar Ca2+
‑
transporters(CAXs and ACAs)in roots of salt tolerant and sensitive rice cultivars[J].Protoplasma,2014,251(5):1067
‑
1075)。
[0004]CAXs在细胞和生理功能中发挥着重要作用，在植物中，CAXs利用H
+
‑
ATPase和H
+
‑
焦磷酸酶形成的H
+
梯度，介导Ca
2+
等金属离子从细胞质中转移到液泡中；在盐胁迫期间，CAXs可以调节pH水平，因此CAXs常被发现于盐生植物中，用于发挥其耐盐的特性(Pittman J Kand Hirschi K D.CAX
‑
ing a wide net:Cation/H+transporters in metal remediation and abiotic stress signalling[J].Plant Biology,2016,18(5):741
‑
749；Kamiya T and Maeshima M.Residues in internal repeats of the rice Cation/H+exchanger are involved in the transport and selection of cations[J].The Journal of Biological Chemistry,2004,279(1):812
‑
819)。例如：AtCAX5和HvCAX2在高Mn
2+
、Ca
2+
和Na
+
的胁迫下，基因的表达量出现明显提高(Edmond C,Shigaki T,Ewert S,et al.Comparative analysis of CAX2
‑
like cation transporters indicates functional and regulatory diversity[J].Biochemical Journal,2009,418(1):145
‑
154)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种Cation/H
+
反向转运蛋白基因OsCAX1a在冷适应性水
稻品种选育中的应用。
[0006]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0007]本专利技术以水稻的Cation/H
+
反向转运蛋白(CAX)家族成员OsCAX1a基因为对象，通过基因工程手段构建了OsCAX1a超量表达的两种剪切模式(OE1和OE2)和敲除(CRISPR/Cas9)转化载体。采用农杆菌EHA105介导的遗传转化方法，将超表达载体和敲除载体导入正常粳稻品种中花11中，得到OsCAX1a基因的T0代超表达植株和T0代敲除植株。将转基因材料培养至T2代并获得稳定遗传材料(鉴定结果见图1)。在正常营养液(Hoagland
’
s标准水培营养液)培养下，敲除植株的根长、根数、株高等与对照野生型中花11相比显著降低(图2)。同时，两种不同剪接方式的超表达家系在正常营养液培养下，植株的根长、根数、株高等与对照野生型中花11相比稍弱(图2)。说明该基因突变后显著影响水稻生长发育，过表达该基因的两种剪接形式也在不同程度上影响水稻生长发育。
[0008]通过大田栽培试验，发现该OsCAX1a突变后生长发育迟缓，抽穗期延长(在整个营养生长时期，白天温度26
‑
38度，夜间温度20
‑
30度)，在达到齐穗期后的低温胁迫(生殖生长期白天26
‑
28度，夜间16
‑
20度处理)后，其生长优势优于野生型和过表达家系，且表现为分蘖数和最终单株籽粒产量高于野生型和过表达家系(图3)。
[0009]这些结果表明OsCAX1a基因突变和过表达之后对水稻生长发育均表现出显著的抑制作用，而突变该基因表现出在低温胁迫下比野生型及过表达家系更高的分蘖数，更高的单株籽粒产量。基于此，本专利技术提供OsCA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.OsCAX1a基因在冷适应性水稻品种选育中的应用，其特征在于：所述的应用通过降低水稻OsCAX1a基因表达或使水稻OsCAX1a基因功能丧失实现。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的冷适应性水稻品种在低温胁迫下表现出高分蘖数和/或高单株籽粒产量。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：使水稻OsCAX1a基因功能丧失通过突变或缺失OsCAX1a基因实现。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：使水稻OsCAX1a基因功能丧失包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕凯，骆梦，汪杰，林榕烨，韩洋洋，王媛，杨学领，
申请(专利权)人：武汉生物工程学院，
类型：发明
国别省市：