OsRED1基因在植物抗旱和提高作物產量方面的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于基因工程應用技術領域，具體涉及水稻你貓》7基因在植物抗旱和提 高作物產量方面的新應用。
【背景技術】
[0002] 目前，水資源的短缺已成為全球面臨的危機。在所有生物及環境逆境中，干旱是農 作物產量影響因素中僅次于病蟲害的第二限制因子。
[0003] 水稻作為世界上最重要的糧食作物之一，是農業生產中的耗水大戶，因而干旱對 于水稻產量的影響相較于其他農作物產量更為明顯，因而干旱已成為影響水稻生產的最主 要障礙因子。據統計，由干旱所導致的水稻減產可超過其它限制因素所造成減產的總和。因 此對于水稻抗旱及增產機制的研宄具有重要意義，但是目前可直接利用的成果甚少。
[0004] 由于水稻對于人類生存的重要性及其他因素，因而水稻也是植物遺傳學、分子生 物學等研宄中常用的模式作物之一，在作物逆境條件下的抗性研宄也常以水稻作為基礎。 針對水稻中的《5貓》2基因（水稻基因組中編號：0s02g0121300)，已有研宄認為，該基因所 編碼的蛋白屬于擁有肽基脯氨酰順反式異構酶活性的親免素蛋白家族，在蛋白質折疊中起 著限速作用。進一步的抗逆研宄認為，該基因與水稻的抗鹽作用相關，但是關于該基因的其 他功能尚無研宄和報道。
【發明內容】
[0005] 本發明目的在于提供水稻基因在植物抗逆環境中其他作用，尤其是發明 人認為該基因在植物抗旱方面具有新的作用，從而為培育抗旱植物新品種和提高農作物產 量提供新的可能性。
[0006] 本發明所采用的技術方案如下。
[0007] 基因在植物抗旱和提高作物產量方面的應用，該基因與植物抗旱性能相 關，即具備該基因的植物體具有一定的干旱耐受性；所述植物優選水稻，但不限于水稻。
[0008] 所述《5貓》2基因在在植物抗旱和提高作物產量方面的應用，將該基因在植物體 內超表達后，可使植物具有抗旱性能，并且能夠提高作物產量。
[0009] 水稻AsTffi別基因，又稱6(56??基因，現有研宄表明，其CDS長度為519bp，編碼 172個氨基酸的蛋白，是屬于擁有肽基脯氨酰順反式異構酶活性的親免素蛋白家族，在蛋白 質折疊中起著限速作用。已有研宄表明，該基因的超表達材料具有較好的抗鹽能力，因而與 植物的耐鹽特性相關。
[0010] 發明人認為，該基因不僅與植物的耐鹽特性相關，進一步通過對基因在干 旱逆境中的研宄，發現該基因通過調控水稻根系發育，提高水稻吸收水分的能力，表現出較 好的抗旱和增產特性，因而該基因在培育優良的耐旱和高產植物品種中也具有新的用途， 從而為培育新的抗逆境作物新品種提供了新的可能。
【附圖說明】
[0011] 圖1為模擬干旱處理后的WT型和超表達基因的水稻的根系表型實驗結 果，其中A為典型根系對比圖，B為根的數量統計結果； 圖2為模擬干旱處理后的WT型和超表達基因的水稻的根部木質部傷流液統計 分析結果； 圖3為直接干旱脫水處理后的WT、超表達和RNAi水稻材料的表型分析對比； 圖4田間實驗收獲后，WT、超表達和RNAi材料的根系表型及產量分析結果，其中A為典 型根系的對比；B為典型稻穗的對比；C為單株產量的統計對比。
【具體實施方式】
[0012] 為了證明本發明所提出的《5貓》7基因與植物的抗旱性能、產量作用相關，發明人 進行了一系列的對比分析實驗。下面將結合實施例對本發明做進一步的解釋說明。
[0013] 在介紹具體實施例前，對實施例中所用到的相關水稻材料簡要介紹如下。
[0014] 從水稻網站（http://rice. plantbiology. msu. edu/)獲得(?/??/基因的 CDS 序 列，根據超表達載體super-1300 (花椰菜病毒35S啟動子，能有效表達外源基因，含有潮霉 素抗性基因）酶切位點，利用primer5. 0軟件設計特異性引物，以水稻基因組cDNA為模板， PCR擴增出AsTffi別基因的⑶S全長序列，經過酶切鏈接把目的片段鏈接到super-1300載體 上，測序驗證與似基因的CDS序列一致后，即獲得含有目的基因一 基因的超表 達載體。
[0015] RNA干涉是由雙鏈RNA介導的，在轉錄mRNA后水平關閉相應基因表達的過 程，也就是序列特異性的轉錄后基因沉默。培育過程為，根據水稻網站（http://rice. plantbiology. msu. edu/)獲得的(?/??/基因的Q)S序列，針對RNA干涉載體pTCK303 (該 載體含有潮霉素抗性基因）酶切位點，利用primer5. 0軟件設計特異性引物，以水稻基因組 cDNA為模板，PCR擴增出350bp特異的序列，經過酶切鏈接把目的片段鏈接到pTCK303載體 上，測序驗證與你貓似基因的CDS中的序列一致后，即獲得含有目的基因一 基因的 RNA干涉載體。
[0016] 所用的水稻背景材料鄭稻18號品種系是河南省農科院糧作所培育，具體為：以高 產抗病的材料鄭稻2號為母本，以優質材料鄭稻5號為父本雜交育成。該品種產量高、品質 優，較抗水稻穗頸瘟、白葉枯病。2006年通過河南省農作物品種審定委員會審定。實施例中 材料由河南省農科院糧作所友情提供贈送。
[0017] 將上述含有目的基因的超表達載體轉化農桿菌EHA105感受態細胞，對水稻愈傷 組織進行農桿菌介導的轉化。將水稻的愈傷組織浸沒在菌液中，浸泡5分鐘；暗培養兩天半 后清洗；進行陽性愈傷組織的篩選一個月的時間；然后對所篩選出來的陽性愈傷組織進行 愈傷組織的分化，一個半月后促分化苗的生根培養；兩星期后進行煉苗；再一星期后栽培 入土進行生長。
[0018] 收集上述農桿菌侵染后的水稻收獲的種子，撒種于含25 mg/L潮霉素的水中暗培 養，四天后陽性植株對潮霉素有抗性，可正常生長，陰性植株對潮霉素敏感，不能正常生長 最后死亡。將陽性苗移栽到營養土中，成熟后收種子，所得種子繼續用潮霉素篩選并做進一 步分子鑒定，將陽性苗進一步擴大繁殖，獲得目的基因穩定表達的純合體，即為實施例中所 用基因超表達的水稻植株。其中分別以水稻0E4、0E5株系制備了超表達突變體。
[0019] 實施例中所涉及水稻RNAi( RNA干涉材料)突變體，為以水稻野生型為原始材料，通 過RNAi干涉方法獲得的057?卻7基因的敲低（knock down)突變體，具體操作方法同上述基 因超表達水稻植株構建方法，即將RNA干涉重組質粒（RNA干涉載體)轉化農桿菌EHA105感 受態細胞，然后通過農桿菌介導，篩選、培育水稻RNAi突變體，最終獲得了兩個株系RNAi-I 和 RNAi-2〇
[0020] 為證明基因在構建相關轉基因植株過程中，該基因功能的表型并非由于 轉基因導致植株本身基因突變所造成，因而實施例中采用了水稻的超表達材料的兩個株系 0Ε4和0Ε5及RNA干涉材料的兩個株系RNAi-I和RNAi-2。對這兩個株系的野生型水稻的 基因表達測定表明，0E5株系中AsTffi別基因表達量高于0E4個株系。RNA干涉材料 的兩個株系RNAi-I和RNAi-2都是把基因表達量降低了。
[0021] 水稻培養所用營養液配方如下表所示。
[0022] 備注：
【主權項】
1. 基因在植物抗旱和提高作物產量方面的應用，其特征在于，該基因與植物抗 旱性能相關，即具備該基因的植物體具有干旱耐受性。
2. 如權利要求1所述基因在在植物抗旱和提高作物產量方面的應用，其特征在 于，將該基因在植物體內超表達后，可使植物具有抗旱性能，并且能夠提高作物產量。
【專利摘要】本發明屬于基因工程應用技術領域，具體涉及水稻OsRED1基因在植物抗旱和提高作物產量方面的新應用。OsRED1基因與植物抗旱性能相關，即具備該基因的植物體具有一定的干旱耐受性；將該基因在植物體內超表達后，可使植物具有抗旱性能，并且能夠提高作物產量。發明人認為，對OsRED1基因在干旱逆境中的研究，發現該基因通過調控水稻根系發育，提高水稻吸收水分的能力，表現出較好的抗旱和增產特性，因而該基因在培育優良的耐旱和高產植物品種中也具有新的用途，從而為培育新的抗逆境作物新品種提供了新的可能。
【IPC分類】A01H5-00, C12N15-61, C12N15-84
【公開號】CN104726487
【申請號】CN201510089417
【發明人】艾鵬慧, 宋純鵬, 苗雨晨, 李洋, 劉浩, 申麗佳
【申請人】河南大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月27日