水稻OsNCED3C845相关生物材料的应用

    专利查询2025-12-05  0


    本发明属于水稻分子标记辅助育种或基因编辑领域,具体属于水稻 osnced3c845相关生物材料的应用。


    背景技术:

    1、我国盐碱地总面积约15亿亩,其中约5亿亩具有开发利用价值,因此耐盐碱作物的培育备受关注成为种植业的主要目标之一。已报道了不少与植物耐盐相关的基因,包括效应分子基因和调控基因,他们来源于水稻、小麦、玉米、大豆等农作物以及模式植物拟南芥和盐生植物等。其中一些已作为目的基因用于作物耐逆基因工程,成功培育出耐盐水稻、玉米、大豆等。水稻等作为主要粮食作物,利用基因工程获得的转基因作物商业化有一定难度。因此可利用从资源中筛选获得的具有优异等位的材料,辅以分子标记辅助育种或基因编辑技术可加快获得可商业化的耐盐优良种质/品种。

    2、等位基因是指在一对同源染色体上,占有相同座位的一对基因,它控制一对相对性状。不同的等位基因会导致一些遗传特征的变化。等位变异(allelic variation)使人们有可能利用优异等位,培育优良品种。目前已经发展了许多有效的分子生物学技术用于优异等位基因的发掘,例如,ssr标记、自然群体的关联分析等等。利用上述技术已经鉴定了众多与耐逆、抗病、优质和高产等性状相关的优异等位及其载体,广泛应用于最常用的培育品种的有效方法杂交育种中。

    3、反转录转座子/逆转座子(retrotransposon或retroposon)指通过rna为中介,反转录成dna后进行转座的可动元件。这样的转座过程称为反转座作用(retrotrans—position)。反转座作用出现在真核生物,包括能自由地感染宿主细胞的反转录病毒,以及通过以rna为中介进行转座的dna序列。除反转录病毒外,反转录转座子可以分成两类:一类是病毒超家族(viral superfamily),这类反转录转座子编码反转录酶或整合酶(integrases),能自主地进行转录,其转座的机制同反转录病毒相似,但不能像反转录病毒那样以独立感染的方式进行传播;另一类是非病毒超家族(nonviral superfamily),自身没有转座酶或整合酶的编码能力,而在细胞内已有的酶系统作用下进行转座。病毒超家族同非病毒超家族都来源于细胞内的转录物,两者的明显区别在于病毒超家族成员的dna分子两端有长末端重复序列(10ng terminal repeats,ltr),这是反转录病毒dna基因组的特征性结构,非病毒超家族的成员没有ltr结构。同时,病毒超家族成员都能编码产生转座酶或整合酶,或者二者兼而有之,所以能自主地进行转座。非病毒超家族成员不产生有生物学活性的酶,因此不能进行自主转座。但所有反转录转座子都有一个共同的特点,即在其插入位点上产生短的正向重复序列。

    4、反转录转座子的插入,往往会改变生物体的某些性状,从而提供了育种材料。


    技术实现思路

    1、本发明所要解决的技术问题是如何提高植物的耐盐性或如何培育高耐盐植物。

    2、为了解决上述技术问题,本发明首先提供了一种培育耐盐植物的方法,所述方法包括m1、m2或m3,所述m1可为向目的植物中导入 osnced3c845基因,得到耐盐植物,所述耐盐植物的耐盐性高于所述目的植物;所述m2可为应用基因编辑技术在不含 osnced3c845基因但含有 osnced3基因的目的水稻的所述 osnced3基因的3’-utr插入dna片段使所述 osnced3基因表达起抑制作用的3’非翻译区元件失活,得到耐盐性高于所述目的水稻的耐盐水稻;所述m3可为利用基因工程技术上调、提高或增强目的植物中所述 osnced3基因的表达,得到耐盐性高于所述目的植物的耐盐植物。

    3、所述 osnced3基因的3’-utr的核苷酸序列可为序列1的第2000位-2060位。

    4、所述 osnced3c845基因为水稻中能通过转录产生 osnced3c845的cdna基因的核酸分子,所述 osnced3c845的cdna基因是在 osnced3的cdna基因的3’-utr中插入反转录转座子得到的重组dna分子,所述反转录转座子是核苷酸序列为序列2的dna分子。

    5、将 osnced3的cdna基因的编码序列(cds)的终止密码子(tga)后相邻的核苷酸记为3’-utr的第1位(对应于序列1的第2000位),所述反转录转座子在所述3’-utr的插入位点是所述3’-utr的第41位核苷酸和第42位核苷酸之间。

    6、所述 osnced3的cdna基因的核苷酸序列可为序列表中序列1(seq no.1)。序列1中,第173-1999位核苷酸为编码序列(cds),第1997-1999位核苷酸为终止密码子“tga”,第2000位核苷酸为3’-utr的第1位,第2040位核苷酸为3’-utr的第41位,第2041位核苷酸为3’-utr的第42位。

    7、上述m1中,向目的植物中导入 osnced3c845基因可包括以含有 osnced3c845基因的水稻为亲本,与所述目的植物进行杂交的步骤,具体可为以含有 osnced3c845基因的水稻为亲本,与所述目的植物进行杂交并辅以分子标记筛选,获得具有所述 osnced3c845基因且稳定遗传的耐盐植物。

    8、上述方法中,具有所述 osnced3c845基因且稳定遗传的耐盐植物,理解为不仅包含第二代植株,也包括其子代。对于 osnced3c845的种质,可以在该物种中繁殖该基因,也可用常规育种技术将该基因转移进入相同物种的其它品种,特别包括商业品种中。或者应用基因编辑方法使水稻品种中对 osnced3表达起抑制作用的3’非翻译区元件失活。所述纯合 osnced3c845的植物包括种子、愈伤组织、完整植株和细胞。

    9、上述m3中,上调、提高或增强目的植物中所述 osnced3基因的表达包括向目的植物中导入 osnced3c845基因的步骤。

    10、所述 osnced3c845基因和 osnced3基因均编码如下任一种的蛋白质:

    11、a1)氨基酸序列是序列表中序列3的蛋白质;

    12、a2)将a1)所示的氨基酸序列经过一个以上氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与a1)所示的蛋白质具有80%以上的同一性且具有调控植物耐盐功能的蛋白质;

    13、a3)在a1)或a2)的n末端或/和c末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。

    14、本发明还提供了一种提高植物耐盐性的方法,所述方法包括n1、n2或n3,所述n1可为向目的植物中导入 osnced3c845基因以提高所述目的植物的耐盐性;所述n2可为应用基因编辑技术在不含 osnced3c845基因但含有 osnced3基因的水稻的所述 osnced3基因的3’-utr插入dna片段使所述 osnced3基因表达起抑制作用的3’非翻译区元件失活,以提高所述目的植物的耐盐性;所述n3可为利用基因工程技术上调、提高或增强目的植物中所述 osnced3基因的表达,以提高所述目的植物的耐盐性。

    15、所述 osnced3c845基因为水稻中能通过转录产生 osnced3c845的cdna基因的核酸分子,所述 osnced3c845的cdna基因是在 osnced3的cdna基因的3’-utr中插入反转录转座子得到的重组dna分子,所述反转录转座子是核苷酸序列为序列2的dna分子。

    16、所述n1中,向目的植物中导入 osnced3c845基因可包括以含有 osnced3c845基因的水稻为亲本,与所述目的植物进行杂交的步骤。

    17、所述n3中,上调、提高或增强目的植物中所述 osnced3基因的表达可包括向目的植物中导入 osnced3c845基因的步骤。

    18、上文中,所述 osnced3c845基因是核苷酸序列为序列表中seq no.4的dna分子,所述含有 osnced3c845基因的水稻可为水稻品种c845(oryza sativa l. indica,c845)。

    19、上述 osnced3c845基因和 osnced3基因均编码如下任一种的蛋白质:

    20、b1)氨基酸序列是序列表中序列3的蛋白质;

    21、b2)将b1)所示的氨基酸序列经过一个以上氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与b1)所示的蛋白质具有80%以上的同一性且具有调控植物耐盐功能的蛋白质;

    22、b3)在b1)或b2)的n末端或/和c末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。

    23、本发明还保护一种生物材料的应用,其特征在于,所述生物材料为下述任一种:

    24、d1)核酸分子,所述核酸分子为 osnced3c845基因或所述 osnced3c845的cdna基因;所述 osnced3c845基因为水稻中能通过转录产生所述 osnced3c845的cdna基因的核酸分子,所述 osnced3c845的cdna基因是在 osnced3的cdna基因的3’-utr中插入反转录转座子得到的重组dna分子,所述反转录转座子是核苷酸序列为序列2的dna分子,

    25、d2)含有d1)所述核酸分子的表达盒,

    26、d3)含有d1)所述核酸分子的重组载体、或含有d2)所述表达盒的重组载体,

    27、d4)含有d1)所述核酸分子的重组微生物、或含有d2)所述表达盒的重组微生物、或含有d3)所述重组载体的重组微生物,

    28、d5)含有d1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有d2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有d3)所述重组载体的转基因植物细胞系,

    29、d6)含有d1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有d2)所述表达盒的转基因植物组织、或含有d3)所述重组载体的转基因植物组织,

    30、d7)含有d1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有d2)所述表达盒的转基因植物器官、或含有d3)所述重组载体的转基因植物器官,

    31、d8)检测含有d1)所述的核酸分子的dna引物;

    32、d9)所述核酸分子表达的蛋白质,所述蛋白质为如下任一种:

    33、e1)氨基酸序列是序列表中序列3的蛋白质,

    34、e2)将e1)所示的氨基酸序列经过一个以上氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与e1)所示的蛋白质具有80%以上的同一性且具有调控植物耐盐功能的蛋白质,

    35、e3)在e1)或e2)的n末端或/和c末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。

    36、上述d3)中,所述重组载体可为用植物基因编辑载体。

    37、进一步地,所述生物材料中,d4)所述重组微生物可为酵母、细菌、藻和真菌。

    38、进一步地,所述生物材料中,d6)所述植物组织可来源于根、茎、叶、花、果实、种子、花粉、胚和/或花药。

    39、进一步地,所述生物材料中,d7)所述转基因植物器官可为转基因植物的根、茎、叶、花、果实和种子。

    40、上述蛋白质中,所述蛋白质标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术,与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白,以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为flag标签、his标签、mbp标签、ha标签、myc标签、gst标签和/或sumo标签等。

    41、上述蛋白质中,同一性是指氨基酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性,如ncbi主页网站的blast网页。例如,可在高级blast2.1中,通过使用blastp作为程序,将expect值设置为10,将所有filter设置为off,使用blosum62作为matrix,将gap existence cost,per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11,1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列的同一性进行计算,然后即可获得同一性的值(%)。

    42、上述蛋白质中,所述80%以上的同一性可为至少81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、95%、96%、98%、99%或100%的同一性。

    43、上文中,所述蛋白质osnced3为序列表中序列3(seq id no:3,608aa),具体如下:

    44、matittpgyahiqrqhgrcsttagrrgasnsvrfsaravssvphaaaassapaflpvpfvpgadapspsgksaigvpkaprkgeegkrlnffqraaamaldafeegfvanvlerphglpstadpavqiagnfapvgetpparalpvsgrippfingvyarnganphfdpvaghhlfdgdgmvhavrirngaaesyacrftetarlrqeramgrpmfpkaigelhghsgiarlalfyaraacglldpshgtgvanagliyfngrllamseddlpyqvrvtadgdletvgrydfdgqlgcamiahpkldpatgelhalsydvikkpylkyfyfapdgtksadveipldqptmihdfaitenyvvvpdhqvvfklqemlrggspvvldkektsrfgvlpkhaadasemvwvdvpdcfcfhlwnaweeadtdevvvigscmtpadsifnesddrlesvlteirlntrtgestrrailppssqvnlevgmvnrnllgrktryaylavaepwpkvsgfakvdlatgeltkfeygegrfggepcfvpmdaaaatprgeddgyilsfvhderagtsellvvnaadmrleatvqlpsrvpygfhgtfitgdelttqa。

    45、上述应用可为如下任一种:f1)调控植物耐盐性,f2)制备提高植物耐盐性的产品,f3)培育耐盐性植物,f4)制备培育耐盐性植物的产品,f5)植物育种,f6)植物育种的产品,f7)辅助植物育种,f8)制备辅助植物育种的产品。

    46、所述植物育种的指标包括耐盐性。所述植物育种的目的包括提高植物的耐盐性。

    47、进一步地,所述的应用包括所述m1、所述m2或所述m3。上文中,所述植物可为下述任一种:g1)双子叶植物,g2)单子叶植物,g3)禾本目植物,g4)禾本科植物,g5)稻属植物,g6)水稻。

    48、所述水稻可为不含 osnced3c845基因的水稻。

    49、所述不含 osnced3c845基因的水稻可为日本晴(nip)。

    50、本发明还保护检测序列表中seq no.4的核酸分子的物质的下述任一种应用:

    51、h1)在鉴定或辅助鉴定水稻耐盐性中的应用;

    52、h2)在制备鉴定或辅助鉴定水稻耐盐性产品中的应用;

    53、h3)在检测或辅助检测水稻耐盐性中的应用;

    54、h4)在制备检测或辅助检测水稻耐盐性产品中的应用;

    55、h5)在水稻辅助耐盐育种中的应用。

    56、所述osnced3c845是水稻基因组osnced3基因3’-端非编码区第41-42bp间插入一个反转录转座子,对应于序列表中序列1的第2038与2039位核苷酸间。

    57、本技术从1500余份水稻资源中筛选乙烯反应异常材料,获得了对高盐有明显抗性的材料。应用图位克隆技术获得目的基因,为 nced家族成员 osnced3,在c845中发现 osnced3基因的3’-端插入了一个反转录转座子,其插入造成对 osnced3表达起抑制作用的3’非翻译区失活,提高了 osnced3的表达水平,从而提高c845的耐盐性 。该基因的突变基因命名为 osnced3c84,其为获得性遗传变异,增加了水稻的耐盐性。

    58、本发明的实验证明,优异等位基因 osnced3c845具有提高水稻耐盐性的功能。基因型为 osnced3c845的c845在高盐胁迫下的生长显著优于基因型为 osnced3的日本晴(nip)。含有优异等位osnced3c845的资源材料c845对培育耐盐水稻品种具有重要意义。可通过常规杂交辅以分子标记辅助育种将优异等位 osnced3c845导入目的材料,获得具有高耐盐性植株。也可应用基因编辑方法使对 osnced3表达起抑制作用的3’非翻译区失活,或过表达 osnced3也能提高 osnced3表达水平,从而提高植物的耐盐性。


    技术特征:

    1.培育耐盐植物的方法,所述方法包括m1、m2或m3,

    2.根据权利要求1所述的方法,所述m1中,向目的植物中导入osnced3c845基因包括以含有osnced3c845基因的水稻为亲本,与所述目的植物进行杂交的步骤;

    3.根据权利要求1或2所述的方法,所述osnced3c845基因是核苷酸序列为序列表中seqno.4的dna分子,所述osnced3c845基因和osnced3基因均编码如下任一种的蛋白质:

    4.提高植物耐盐性的方法,所述方法包括n1、n2或n3,

    5.根据权利要求4所述的方法,所述n1中,向目的植物中导入osnced3c845基因包括以含有osnced3c845基因的水稻为亲本,与所述目的植物进行杂交的步骤;

    6. 根据权利要求4或5所述的方法,所述osnced3c845基因是核苷酸序列为序列表中seqno.4的dna分子,所述osnced3c845基因和osnced3基因均编码如下任一种的蛋白质:

    7.生物材料的应用,其特征在于,

    8.根据权利要求1-6中任一所述的方法和权利要求7所述的应用,其特征在于:所述植物为下述任一种:

    9.根据权利要求1-6中任一所述的方法和权利要求7所述的应用,其特征在于,所述植物为不含osnced3c845基因的水稻。

    10.检测序列表中seq no.4的核酸分子的物质的下述任一种应用:


    技术总结
    本发明公开了水稻OsNCED3C845相关生物材料的应用。所要解决的技术问题是如何提高植物耐盐性,并培养耐盐植物。本发明提供了培育耐盐植物和提高植物耐盐性的方法,通过向不含OsNCED3C845基因但含有OsNCED3基因的水稻的所述OsNCED3基因的3’‑UTR插入DNA片段使所述OsNCED3基因表达起抑制作用的3’非翻译区元件失活来提高OsNCED3基因的表达,从而得到耐盐性高于目的植物的耐盐植物,对培育高耐盐性水稻品种具有重要意义。

    技术研发人员:张劲松,阴翠翠,张万科,陶建军,韦伟,陈受宜
    受保护的技术使用者:中国科学院遗传与发育生物学研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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