[發明專利]ONAC096基因在控制水稻抗旱性中的應用

在審

• 申請號: 202310337494.1
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116589545A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 熊立仲;涂海甫;葉瑩
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/84;C12N15/113;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 龔瑩瑩

本發明涉及水稻基因工程技術領域。具體公開了ONAC096基因在控制水稻抗旱性中的應用。申請人分離、克隆和通過功能驗證鑒定到一個能夠提高水稻干旱耐受能力的基因ONAC096，以及該基因在水稻抗旱遺傳改良中的應用。本發明通過對ONAC096的CRISPR突變體，超量表達和導入系材料進行干旱表型鑒定，孕穗期盆栽和田間干旱脅迫實驗表明，ONAC096是水稻干旱應答的正調控因子，證實了該基因的功能及應用途徑。

技術領域

本發明屬于水稻基因工程技術領域，具體涉及ONAC096基因在控制水稻抗旱性中的應用。本發明通過對ONAC096的CRISPR突變體,超量表達和導入系材料進行干旱表型鑒定，孕穗期盆栽和田間干旱脅迫實驗表明，ONAC096是水稻干旱應答的正調控因子，證實了該基因的功能及應用途徑。

背景技術

作物以固著方式生長，在其生命周期的各個時期都有可能遭受干旱的影響。植物在不同的發育階段對干旱脅迫的耐受能力有很大區別。例如，苗期干旱脅迫直接影響幼苗的出苗率和生長；營養生長時期短暫缺水不會對植物的產量造成較大損失，幼穗分化至抽穗期干旱脅迫會嚴重影響植物的產量。就水稻而言，最重要的是研究其孕穗期的抗旱性。作物在生長的過程中會受到諸多環境因素的影響，干旱、冷害和高溫會導致農作物的大規模減產，在許多地區這些環境因素是農業發展的瓶頸。培育耐逆性的作物品種一直是農業科學技術研究的主要目標之一。作物在長期的進化過程中伴隨著各種非生物逆境，為了生存和繁衍，植物需要進化出一套對逆境信號識別，傳遞，放大，剎車的系統，從而來響應、適應和防御各種逆境環境(Nakashima?et?al?2014)。現在普遍觀點認為植物對非生物逆境的一般響應過程，植物通過各種未知的感應器識別各種逆境信號，然后在細胞內產生如Ca²⁺、活性氧和ABA等第二信使傳遞信號，然后通過磷酸化級聯反應或泛素化等修飾影響下游逆境響應相關轉錄因子的活性。這些活躍的轉錄因子一方面可以特異的結合并調控其他轉錄因子的表達，進而形成一個復雜而有序的調控網絡，激活多層調控路徑響應逆境信號；另一方面也可以特異地激活一些參與逆境的功能基因，合成一些如調節滲透壓等能抵御逆境傷害的物質(Hirayama?and?Shinozaki?2010；Huang?et?al?2012)。

大多數類型的轉錄因子都參與了植物的非生物逆境應答反應，包括AP2/EREBP、bZip、HD-ZIP、MYB、MYC、NAC和Zinc?finger類轉錄因子(Yamaguchi-Shinozaki?K,Shinozaki?K.Transcriptional?regulatory?networks?in?cellular?responses?andtolerance?to?dehydration?and?cold?stresses.Annu?Rev?Plant?Biol,2006,57:781-803)。通過基因工程，部分逆境應答轉錄因子已經成功應用于水稻抗逆遺傳育種。Hu等人成功分離、鑒定了水稻中一個參與干旱逆境響應的NAC轉錄因子SNAC1(Hu?et?al?2006)。干旱脅迫能強烈誘導SNAC1特異性地在氣孔保衛細胞中表達，田間實驗表明，在水稻中超量表達SNAC1，轉基因材料在正常生長條件下，其農藝性狀與野生型材料相比沒有明顯變化，在干旱條件下，超量表達SNAC1可以促進氣孔的關閉，導致超量表達材料的蒸騰速率明顯低于野生型，同時光合速率沒有明顯差異，從而顯著提升水稻在孕穗期對干旱的耐受性(Hu?et?al2006)。Fang等發現超量表達SNAC3的轉基因水稻，可以通過調節ROS的水平增強水稻的抗旱性(Fang?et?al?2015)。在水稻中，還有一些不通過調控氣孔關閉響應干旱的代表性NAC轉錄因子，比如超量表達OsNAC5、OsNAC6、OsNAC9和OsNAC10均可以通過調控根的生長來增強水稻的抗旱性(Jeong?et?al?2010；Redillas?et?al?2012；Jeong?et?al?2013；Lee?et?al2017)。最新研究表明，OsNAC5通過激活OsCCR10的表達，參與H-和G-木質素生物合成，超量表達OsCCR10的轉基因水稻植物在生長的營養階段表現出更高的耐旱性(Bang?et?al2021)。