[發明專利]一種降低大白果糯株高、提高產量并縮短生育期的方法以及SD1基因核心啟動子和應用

在審

• 申請號: 202210927554.0
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115851824A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 方中明;聶圣松;謝鵬飛;駱駿;吳博文
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: C12N15/84
• 分類號: C12N15/84;C12N9/02;C12N15/53;C12N15/113;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 劉永來

本發明屬于植物基因工程技術領域，涉及作物育種技術領域，具體涉及一種降低大白果糯株高、提高產量并縮短生育期的方法以及SD1基因核心啟動子和應用。育種方法包括對SD1基因的啟動子區域進行基因編輯，經基因編輯獲得大白果糯突變株；大白果糯突變株的SD1基因的轉錄水平為野生型大白果糯的0.5?0.8倍。上述基因表達量的變化可對植株的生長產生正面影響，實現株高降低、產量增加、分蘗數增加以及生育期變短等效果。本方案可以解決現有技術中的貴州優質特色稻大白果糯由于分蘗較少、株高較高、生育期較長導致的單產較低且易倒伏的技術問題，可以應用于水稻株高、產量和生育期協同快速馴化以及貴州地方優質稻的分子育種實踐。

技術領域

本發明屬于植物基因工程技術領域，涉及作物育種技術領域，具體涉及一種降低大白果糯株高、提高產量并縮短生育期的方法以及SD1基因核心啟動子和應用。

背景技術

水稻(Oryza sativa L.)是世界三大糧食作物之一，也是我國栽培面積最大、總產量最高的糧食作物。水稻生產狀況直接關系到我國糧食安全問題。長期以來，雖然水稻生產水平有了很大提高，但是水稻的倒伏問題始終制約著水稻的高產和優質化發展。水稻一旦發生大面積倒伏，將會引起產量的嚴重損失及稻米品質的大幅下降，同時大幅增加收割成本。全球作物倒伏每年造成約數十億美元的損失。因此，馴化品質優良的高桿野生稻和培育出抗倒伏的矮化新品種迫在眉睫。傳統育種只能依靠品種或者種之間的雜交實現重組，選育出具有優良性狀的品種。為了縮短育種周期，且能快速培育出高產、綜合抗性強、結實率高的目標品系，逐漸產生了轉基因育種和基于基因編輯技術的育種方式。轉基因育種是指通過轉基因的方法，導入外源的基因，達到性狀改良的目標，從而培育出新品種。而轉基因育種可以實現跨物種的基因交流，對目標性狀改良的針對性強，提高育種效率。近年來，基因編輯技術的突飛猛進，特別是CRISPR/Cas9技術的應用，基因敲除技術已經成為常規技術，基因敲入技術也產生了突破。因此，定向敲除不良目標基因和定向整合優良目標基因，將大幅提高水稻定向遺傳改良效率。

“大白果糯”是貴州的優質特色種質資源，本方案的實驗材料收集于貴州省盤州市舊營鄉舊營村，“大白果糯”在貴州興仁、遵義和黔東南地區也種植較多。“大白果糯”種質資源保存于貴州大學水稻產業技術研究院和云貴高原特色作物省級種質資源圃。其米飯天然清香，口感綿軟、粘性適中、適口性好，為米中精品。但是，“大白果糯”分蘗較少(4個左右)、株高較高(160cm以上)、生育期較長(150天以上)，導致其單產較低且易倒伏。如何實現品質優良的高桿稻的快速馴化和培育出抗倒伏的矮桿新品種，既是豐富現有種質資源庫的現實需要，也是推動農業可持續發展的需要。水稻SD1基因，被譽為“綠色革命基因”，編碼赤霉素合成途徑中一個關鍵的酶——赤霉素20-氧化酶(GA20ox，389個氨基酸組成)，功能缺失突變的等位基因SD1會使得水稻植株獲得半矮稈的表型，并顯著提高產量(Sasaki A,Greenrevolution:A mutant gibberellin-synthesis gene in rice.Nature,2002,416(6882):701-702.)。雖然通過對SD1基因編碼區進行編輯來達到矮化水稻株高的效果，但是由于基因完全突變會對水稻造成其他影響。如何精確的調控SD1的表達量，從而精確調控株高具有重要意義。

發明內容

本發明意在提供一種降低大白果糯株高、提高產量并縮短生育期的方法，以解決現有技術中的貴州優質特色稻大白果糯由于分蘗較少、株高較高、生育期較長導致的單產較低且易倒伏的技術問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種降低大白果糯株高、提高產量并縮短生育期的方法，對SD1基因的啟動子區域進行基因編輯，經基因編輯獲得大白果糯突變株；大白果糯突變株的SD1基因的轉錄水平為野生型大白果糯的0.5-0.8倍。

本方案還提供了一種降低大白果糯株高、提高產量并縮短生育期的方法在大白果糯分子育種中的應用。

本方案的原理及優點是：