[發明專利]一種提高植物直鏈淀粉含量的方法及應用

在審

• 申請號: 201710482844.8
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107058328A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 張鵬;吳銀亮;周文智
• 申請（專利權）人: 江蘇三黍生物科技有限公司
• 主分類號: C12N15/113
• 分類號: C12N15/113;A01H5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及生物技術和植物轉基因技術領域，具體涉及一種提高植物直鏈淀粉含量和降低支鏈淀粉含量的方法及應用。

【背景技術】

薯類植物主要指具有可供食用塊根或地下莖的一類陸生作物。有塊根、塊莖類，如番薯(紅薯、甘薯)、木薯、馬鈴薯、薯蕷(山藥)、腳板薯等，多行無性繁殖，只留薯塊作種，并可以用藤本進行繁殖。這類植物一般耐寒力較弱，多在無霜季節栽培，低溫會抑制薯類作物的生長，造成塊根或塊莖的減產，因此種植薯類作物盡量避免長時間的低溫期；此外，疏松、肥沃、深厚的土壤和多量鉀肥有利于提高薯類作物產量及品質。

淀粉作為重要的糧食和工業原材料在國民生產中具有重要的意義。淀粉的組成包含直鏈淀粉和支鏈淀粉兩大部分。直鏈淀粉是D-葡萄糖基以α-(1,4)糖苷鍵連接的多糖鏈，分子中有200個左右葡萄糖基，分子量1～2×105，聚合度990，空間構象卷曲成螺旋形，每一回轉為6個葡萄糖基。支鏈淀粉分子中除有α-(1，4)糖苷鍵的糖鏈外，還有α-(1，6)糖苷鍵連接的分支，分子中含300～400個葡萄糖基，分子量>2×107，聚合度7200，各分支也都是卷曲成螺旋形。不同直鏈淀粉含量的淀粉在工業運用和食品加工中具有極大地差異。

因此，研究薯類植物淀粉的組成和性質，找到調節儲藏根性狀的關鍵性因素，是本領域研究的重點。

【發明內容】

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種提高植物直鏈淀粉含量和降低支鏈淀粉含量的方法及應用。

本發明所述的提高植物直鏈淀粉含量和降低支鏈淀粉含量的方法及應用，它采用如下的方法步驟：

步驟一：利用CRISPR/Cas9多元系統編輯薯類植物SBEI或者SBEII基因；

步驟二：步驟一中所述的CRISPR/Cas9多元系統包括：系統中含有一個、兩個及兩個以上的sgRNA序列的CRISPR/Cas9系統；

步驟三：步驟二中的所述的CRISPR/Cas9多元系統的sgRNA核苷酸序列選自下組：

(a)如SEQ ID NO：1或者SEQ ID NO：3核苷酸序列中的核酸序列；

(b)將SEQ ID NO：1或者SEQ ID NO：3核苷酸序序列經過一個或多個核苷酸的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)核苷酸功能的由(a)衍生的核酸序列；

(c)或者與(a)限定的核酸序列有70％以上同源性且具有(a)核酸功能的由(a)衍生的多核酸序列；

步驟四：步驟一中所述的對SBEI或者SBEII基因的編輯包括如下方面：

(a)對SBEI或者SBEII基因所在基因組區域的編輯或對包含SBEI或者SBEII基因所在基因組區域的編輯

(b)對(a)中所述編輯包括：單個或多個核酸位點的取代、缺失或添加；

步驟五：終止植物中SBEI或者SBEII多肽的表達或終止有生物功能的SBEI或者SBEII多肽的形成，從而提高薯類植物儲藏根中直鏈淀粉含量，降低支鏈淀粉的含量；以及調節薯類植物儲藏根重量、直徑或數目；

步驟六：從終止SBEI或者SBEII多肽的表達或終止有生物功能的SBEI或者SBEII多肽的形成后的植物中選擇出相較調節前植物而言性狀獲得變化的植物，包括：直接產生的較調節前而言性狀獲得變化的植物；雜交或者自交產生的有外源基因的相較調節前植物而言性狀獲得變化的植物；雜交或者自交產生的無外源基因的相較調節前植物而言性狀獲得變化的植物；

進一步地，所述薯類植物包括：木薯，甘薯、馬鈴薯、山藥、芋頭、葛根、魔芋、洋姜或雪蓮果。

進一步地，編輯所述SBEI或者SBEII核苷酸序列的sgRNA靶向SBEI或者SBEII基因組核苷酸序列；較佳地，靶向SBEI基因組的第1939-1958位和2948-2967位；或者SBEII基因組序列的1-20位和1193-1212位。

采用上述結構后，本發明有益效果為：本發明所述的提高植物直鏈淀粉含量和降低支鏈淀粉含量的方法及應用，它利用多元sgRNA介導的CRISPR/Cas9技術定向編輯木薯基因組中SBEI或者SBEII基因序列，可以顯著改變薯類植物的淀粉組成和性狀，具有能提高薯類植物淀粉中直鏈淀粉含量；降低薯類植物淀粉中支鏈淀粉；以及調節薯類植物儲藏根重量、直徑或數目；并且通過雜交或者自交可獲得不含外源基因片段的新品系，在植物品質的遺傳改良上具有良好的應用前景。

【附圖說明】

此處所說明的附圖是用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，但并不構成對本發明的不當限定，在附圖中：