[發明專利]水稻組蛋白甲基轉移酶在增強作物干旱抗性及改善單株產量中的應用

有效

• 申請號: 202011160903.8
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112342236B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 董愛武;俞瑜;陳凱;劉兵
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C12N15/84
• 分類號: C12N15/84;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于生物基因工程領域，具體為一種水稻組蛋白H3K36甲基轉移酶在增強水稻干旱抗性和改善單株產量方面的應用。本發明通過克隆水稻組蛋白H3K36甲基轉移酶SDG708的核苷酸序列，構建重組表達載體并通過農桿菌轉化法進行轉化；通過連接玉米泛素基因啟動子，使SDG708基因在轉基因水稻中持續過量表達；通過構建基因的反義RNA載體，獲得SDG708表達量下調突變體。水稻SDG708過量表達轉基因植株在模擬滲透壓脅迫下呈現出明顯抗性，在土壤干旱條件下也明顯提高植株抗性，在正常及干旱脅迫條件下均能顯著增加水稻單株產量。本發明為水稻抗旱及產量性狀改善研究提供了一個優質基因和育種材料，具有較高的實際應用價值。

技術領域

本發明屬于生物基因工程技術領域，具體涉及一種與水稻表觀遺傳學調控相關的組蛋白H3K36甲基轉移酶（SDG708）在滲透壓脅迫抗性和干旱脅迫抗性方面的應用，還涉及該過量表達植株在正常及干旱脅迫條件下改善產量性狀方面的應用。

背景技術

表觀遺傳學主要研究在基因型不變的情況下，基因表達產生差異的機制。染色質的結構和功能被多種表觀遺傳機制所調節，包括組蛋白修飾、DNA甲基化、ATP依賴性的染色質重塑、組蛋白變體的替換以及非編碼RNA的調節等。組蛋白賴氨酸甲基化修飾是近年來被廣泛研究的一種組蛋白修飾，它在調控染色質結構和基因表達方面起重要作用，主要涉及的位點包括組蛋白H3 (Histone 3) K4 (Lysine 4)，K9，K27，K36，K79和組蛋白H4的K20位點。賴氨酸的甲基化還可以分為單、雙和三甲基化，這些不同殘基位置以及不同狀態的甲基化修飾構成了組蛋白賴氨酸甲基化功能的多樣性。一般來說，H3K4、H3K36 和H3K79的甲基化修飾對應于轉錄激活，而H3K9、H3K27 和H4K20的甲基化修飾則與異染色質和基因沉默相關。

組蛋白H3賴氨酸K36（H3K36）甲基化修飾是一種重要的表觀修飾，而催化H3K36甲基化修飾的酶在植物中已有一些報道，由于他們含有保守的SET結構域，所以被稱為SETdomain group （SDG）蛋白。在水稻中已經鑒定到的H3K36甲基轉移酶包括SDG725、SDG724和SDG708，他們通過自己獨特的方式調控水稻生長發育（Mol Plant, 2013, 6:975-977；Plant J, 2012, 70: 340-347；Plant Cell, 2012, 24:3235-3247；New Phytol, 2016,210: 577–588）。水稻SDG708是一種全局性的H3K36甲基轉移酶，負責建立1/2/3甲基化修飾，sdg708突變體表現出明顯晚花表型（New Phytol, 2016, 210: 577–588）。綜上所述，植物中H3K36甲基轉移酶介導的H3K36的甲基化修飾在植物的生長發育尤其是開花時間調控過程中執行重要功能。

由于固著生長特性，植物在生長過程中必然面對大量的不利環境影響，為了生存，植物進化出多種迥異于動物的環境應答調控機制。植物在感知不利環境脅迫后會改變一系列代謝途徑和逆境響應基因的表達，例如調控植物激素，尤其是脫落酸ABA等內源激素，參與各類轉錄因子和激酶級聯放大反應激活或者抑制下游多種脅迫基因的表達（cell，2016,167(2):313-324），近些年研究發現，表觀遺傳機制在植物抗逆過程中承擔重要功能，例如植物響應高鹽、干旱或溫度過程中，特定基因或整個基因組水平DNA甲基化修飾都發生改變，從而提高植物的非生物脅迫抗性。