[發明專利]水稻苗期生物量調控基因SBM1及其應用

有效

• 申請號: 202110565265.6
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113293168B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張光恒;錢前;徐靜;王佳佳;曾大力;陳敏敏;王梓安;胡江;朱麗;高振宇;董國軍;任德勇;沈蘭;張強;李清
• 申請（專利權）人: 中國水稻研究所
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明涉及一個秈粳亞種間具有顯著差異的與生物量積累相關的QTL SBM1，利用正向遺傳學及圖位克隆技術克隆的水稻苗期生物量調控基因SBM1，以及利用Crispr Cas9敲除技術和轉基因互補試驗確認該基因的功能；同時還涉及該基因對氮素利用效率和產量的協同調控關系。本發明公開了水稻苗期生物量調控基因SBM1，其核苷酸序列如SEQ ID No：1所述，其CDS核苷酸序列如SEQ ID No：2所述?；蚯贸齋BM1增加水稻的生物量和產量。

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，具體涉及水稻生物量調控基因SBM1及其用途。

背景技術

水稻是全球最重要的糧食作物之一，充分挖掘水稻高產潛力是解決世界人口持續增加帶來的糧食安全問題的關鍵。半矮稈水稻品種的選育應用與雜交水稻推廣及化肥使用促進了水稻產量的兩次重大飛躍(Khush 2001)，在生產上通過增施氮肥來提高水稻產量的方法已被廣泛應用(Peng et al.2002)。理想株型建立與養分吸收利用兩者相輔相成，在產量形成過程中協同調控。然而目前生產上應用的主栽品種氮素利用效率普遍偏低，通過增加氮肥來突破產量遇到前所未有的生產瓶頸。另外，在種植過程中長期過度施肥導致土壤中氮肥超量滯留、河流富營養化及生態環境嚴重污染，農業生產與環境污染的矛盾日益加劇(Ali et al.2018；Li et al.2018)。因此，改良水稻減肥增效的栽培模式、選育氮高效吸收利用的高產水稻品種來解決全球糧食安全問題迫在眉睫。

近年來，在良種精準施肥的配套栽培技術方面研究已取得較大進展。首先，結合水稻不同生育期的需肥規律，優化稻田氮肥施用模式，能顯著提高水稻抽穗灌漿期的氮代謝活性，增強植株對氮素的吸收利用效率，同時對稻田土壤氮素循環轉化有明顯改善作用；其次，依據稻田土壤養分狀況和葉片氮素含量決定施肥時間和施氮量，使其與作物對氮素的需求規律協調一致；另外，采用規律性適期施氮法按目標產量和本土化參數計算施氮量，減少稻田氮素損失，也可以顯著提高水稻的氮利用效率。但是，能注意到氮素的利用效率不單是某個作物的特性，而是整個作物系統的特性，土壤中的有效氮含量、作物的田間管理、不同的輪作方式以及環境條件等都會影響作物對氮素的吸收與利用。因此，通過選育氮髙效利用的作物品種是提高氮素利用率最經濟有效的手段，同時，NUE genes的鑒定與利用也愈加受到重視。

通過對水稻各類種質資源的鑒定與評價，發現不同的水稻種質材料在氮素吸收利用效率上存在顯著的基因型差異。通過N高效基因/QTL的挖掘及功能研究表明水稻N肥吸收利用調控基因與株型、抽穗期、產量及生物量等多個性狀相關，普遍具有“一因多效”功能。目前已鑒定到多個調控水稻氮高效利用的主效基因，會在低氮條件下增加單株有效穗數提高水稻產量。NGR5能與PRC2的蛋白復合物互作，通過介導組蛋白H3K27me3甲基化修飾水平調節靶基因的表達，進而調控水稻分蘗數等農藝性狀及其對氮素的響應(Wu et al.,2020)。OsNRT1.1A與ARE1會在低氮條件下通過增加每穗粒數增加水稻產量，提高氮肥利用效率(Wang et al.,2018a；Wang et al.,2018b)。穗型和葉形調控主效QTL qNGR91能夠在低氮條件下同時增加單株有效穗數和每穗粒數，增加水稻產量(Sun et al.,2014)。還能發現OsNR2，OsNRT1.1，OsNLP4-OsNiR位點的秈稻單倍型較粳稻單倍型具有更高的氮利用效率，這也在一定程度上解釋了秈粳亞種間的氮利用效率差異(Chanh et al.,1981；Ta etal.,1981；Koutroubas et al.,2003)。

涉及的參考文獻如下：

Ali J,Jewel ZA,Mahender A,Anandan A,Hernandez J,Li ZK.(2018)Moleculargenetics and breeding for nutrient use efficiency in rice.Int J Mol Sci 19:1762(Ali J,Jewel ZA,Mahender A,Anandan A,Hernandez J,Li ZK.(2018).水稻養分利用效率的分子遺傳育種.Int J Mol Sci19:1762)；