[發明專利]一種在室內快速預測作物緯度適應性的方法

在審

• 申請號: 202011229587.5
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112992271A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 歐陽鑫昊;黃烯;王向峰;邱蕾蕾;錢崇禎;吳芹芹;王笑穎
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G16B40/00
• 分類號: G16B40/00;G16B45/00;G16B25/00;G16B20/40;G16B50/00;G06Q10/04;G06Q50/02;C12Q1/6895;C12N15/82;A01H6/46;A01H5/00;A01G7/04
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種在室內快速預測作物緯度適應性的方法，涉及作物遺傳育種領域。搭建作物日長識別模擬器，分7個獨立的生長空間，每個生長空間設置不同的光暗交替時間，用于模擬7種不同緯度的日照長度；將萌發后的作物分別放入7個獨立的生長空間中，進行光照長度不同的生長后，收取作物葉片材料并保存，收集整理作物日長識別模擬器的實驗數據；鑒定作物日長識別模擬器對作物日長識別方式，得到作物成花素基因在不同緯度的表達；根據作物成花素基因在不同緯度的表達，對作物的緯度適應性進行預測；建立作物日長識別模擬器預測準確性的評價體系，利用田間數據定量評價預測的準確性。根據預測結果可以相應提供兩種加速作物適應性選擇的育種策略。

技術領域

本發明涉及作物遺傳育種領域，尤其是涉及一種在室內快速預測作物緯度適應性的方法。

背景技術

緯度適應性是指在給定緯度的情況下，作物品種的生育期符合該緯度種植區域國家品種審定標準。例如，在給定緯度北緯30°的長江中上游地區，秈稻品種的生育期需要達到150天。當某個品種的生育期在這一區域種植時，生育期在150天左右時(偏差不大于5天)，認為這一品種在該區域具有較好的緯度適應性。

作物的緯度適應性與作物的產量密切相關，研究顯示生育期的長短與作物品種的產量存在正相關的關系(Gao et al.,2014)。因此，只有具有較好緯度適應性的品種才能確保作物的穩產和高產。生育期太短會造成作物減產，生育期過長，后期溫度過低不利于作物的結實。

在應對全球氣候變暖的情況下，作物種植區域往高緯度地區擴張是確保糧食安全的一個有效策略。未來氣溫的上升，在高緯度地區可能開發出新的農業生產基地；在中低緯度的作物將得益于溫度的上升而延長其種植時期。可以預見的是，在未來的作物種植區域的擴張過程中，如何快速高效地建立一套作物緯度適應性的選擇方法對于確保糧食安全至關重要(Eshed and Lippman,2019；Sloat et al.,2020)。

作物的生育期長短直接由該作物的開花時間決定。許多研究已經報道作物的緯度適應性與光周期基因密切相關。在土豆中，一個DOF轉錄因子StCDF1的等位突變，使得土豆可以在除了它的起源地之外的更廣泛區域種植(Kloosterman et al.,2013)。在大豆中，J基因與擬南芥ELF3基因同源，它的功能喪失使大豆的營養生長期延長，提高了在短日照下的產量，促進了大豆在熱帶區域的擴張(Lu et al.,2017)。最新的研究表明，在大豆的馴化中，PRR同源基因Tof11和Tof12的突變使得大豆可以更早地收割，同時，提高了大豆在高緯度的適應性(Lu et al.,2020)。在玉米的早期馴化期間，ZmCCT9,ZmCCT10和ZCN8調節區域的自然變異對于玉米從熱帶向溫帶區域的擴大種植是極為重要的(Yang et al.,2013；Guoet al.,2018)。在水稻中，一些研究已經報道Ghd7、Hd1、DTH8(DTH8/Ghd8/LHD1)以及DTH7(Ghd7.1/OsPRR37)影響了水稻品種在地理位置的分布(Takahashi et al.,2009；Koo etal.,2013；Zhang et al.,2015)。最近的研究也表明Ghd7-Hd1和DTH8-Hd1分子模塊對于調節Ehd1和Hd3a的轉錄是非常重要的(Du et al.,2017；Zhang et al.,2017)。

地理和天文的知識已知：在不同的緯度，每天的日照長度(日長)在一年中存在周期性的變化，且不同緯度間存在差異；緯度越高，一年中日長變化越劇烈。接近赤道的地區日照長度變化小，常年保持在12h左右(圖1)。高緯度地區的日照長度在一年中變化劇烈，夏季日長可以大于16h，冬季日長可以小于10h，甚至在南北極或出現極晝和極夜的現象；因此，日長在一年中的周期性變化可以作為緯度的重要標識。