[發(fā)明專利]智能應(yīng)答脅迫信號的高效抗逆模塊SyDcw及其在作物育種中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011128242.0
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN113150088B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林敏;王勁;周正富;燕永亮;左開井
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/84;A01H5/00;A01H6/20
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

本發(fā)明利用合成生物學(xué)方法設(shè)計創(chuàng)建了一種具有提高宿主細胞抵抗高鹽、干旱脅迫能力的功能模塊SyDcw。本發(fā)明構(gòu)建了該抗逆功能模塊的重組載體，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)侵染轉(zhuǎn)化的方法將其在模式植物油菜中整合重建。實驗證明，所述功能模塊在模式植物宿主細胞中表達后，能顯著增強作物的耐高鹽和抗干旱的能力，可用于農(nóng)作物新品種抗逆性改良。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合成生物學(xué)領(lǐng)域，涉及一種人工智能應(yīng)答脅迫信號的高效抗逆模塊在培育提高生物抵抗干旱和高鹽脅迫能力的品種中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

據(jù)保守估計，我國主要農(nóng)作物因干旱、鹽堿等環(huán)境脅迫因素造成的減產(chǎn)每年高達總產(chǎn)的8-15％，嚴重的年份甚至可以導(dǎo)致作物絕收。由于作物耐鹽抗旱性是一個復(fù)雜的性狀，同時受到多個基因和因素的影響，傳統(tǒng)單基因的基因工程育種策略并不理想，培育的耐逆性提高植物在無壓力條件下表現(xiàn)不佳。進入新世紀以來，新一代合成生物學(xué)的原始創(chuàng)新與集成應(yīng)用加快突破，全基因組設(shè)計育種技術(shù)促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)品種升級換代，孕育新一輪農(nóng)業(yè)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。當(dāng)前，以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新興科技交叉融合加速，以基因智能改造與定向表達為核心的新一代合成生物學(xué)工程技術(shù)進入一個日新月異、產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的新階段，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、健康保健等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是創(chuàng)建一種抗逆功能模塊能夠提高生物抵抗干旱和高鹽脅迫的能力。

本發(fā)明利用現(xiàn)代合成生物學(xué)設(shè)計方法，優(yōu)化改造抗逆元件。通過蛋白質(zhì)功能元件的人工優(yōu)化、啟動子的組織特異性和逆境響應(yīng)設(shè)計，人工構(gòu)建具有特異性響應(yīng)逆境脅迫信號并組織特異性高效抗逆的功能模塊，命名為SyDcw。

通過如下研究，首次鑒定了抗逆功能體系SyDcw具有提高模式植物抗旱耐鹽能力，可用于新一代抗逆作物新品種的培育。具體研究工作如下：

1、人工設(shè)計抗逆功能體系SyDcw的構(gòu)建

利用合成生物學(xué)設(shè)計逆境脅迫應(yīng)答功能模塊，通過蛋白質(zhì)功能元件的人工優(yōu)化、啟動子的組織特異性和逆境響應(yīng)設(shè)計，人工構(gòu)建具有特異性響應(yīng)逆境脅迫信號并組織特異性高效抗逆的功能模塊，命名為SyDcw。利用人工化學(xué)合成的方法獲得了抗逆功能模塊SyDcw 全長核酸序列。將抗逆模塊SyDcw連接于pBI-121載體上，構(gòu)建植物表達載體pBI-SyDcw，將該表達載體轉(zhuǎn)化根癌農(nóng)桿菌EHA105(詳見實施例1)；

2、轉(zhuǎn)抗逆功能模塊SyDcw油菜的獲得

通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因植物構(gòu)建方法，將抗逆功能體系SyDcw與模式植物油菜整合重組，通過抗性篩選和PCR驗證的方法，培養(yǎng)得到穩(wěn)定遺傳的陽性轉(zhuǎn)基因植株(詳見實施例2)。

3、轉(zhuǎn)抗逆功能模塊SyDcw油菜的耐鹽性與抗旱性分析

分別以NaCl和聚乙二醇PEG-6000作為添加物質(zhì)來模擬鹽脅迫和干旱脅迫，采取澆灌的方式進行脅迫處理。將獲得的已鑒定為陽性的轉(zhuǎn)基因種子與野生型種子培養(yǎng)出苗，長出5-6片真葉進行逆境處理。每天為植株澆灌等量的脅迫液，分別在脅迫處理的0,1,3,7,14d 取樣拍照，觀測生長狀態(tài)測定生理指標。

實驗結(jié)果表明：正常條件下，抗逆功能體系SyDcw對宿主植株生長發(fā)育無影響，逆境條件下具有顯著提高模式植物抗旱耐鹽能力的功能，可用于新一代抗逆作物新品種的培育序列表信息

SEQ ID NO.1：抗逆功能模塊SyDcw的核苷酸序列。

SEQ ID NO.2：功能模塊編碼元件的氨基酸序列。

附圖說明：

圖1Bn-SyDcw模塊載體構(gòu)建圖；

圖2轉(zhuǎn)基因油菜Bn-SyDcw和非轉(zhuǎn)基因油菜(WT)耐鹽實驗對比；

圖3轉(zhuǎn)基因油菜Bn-SyDcw和非轉(zhuǎn)基因油菜(WT)抗旱實驗對比。

具體實施方式