水稻CNGC16蛋白及其编码基因的应用

专利2025-07-06  7


本发明属于水稻分子育种领域,具体涉及水稻cngc16蛋白及其编码基因的应用。


背景技术:

1、水稻是我国重要的粮食作物,随着人口的逐步增加,对水稻产量的需求也日益上涨,保持和提高水稻的产量是应对人口增长、保障粮食安全和促进国民经济增长的重要举措。

2、近年来,随着全球气候变化和极端天气的频繁发生,环境的波动对水稻产量造成了严重的威胁。植物的生长发育受到非生物胁迫的抑制,如热、冷和干旱。细胞膜上的通道cngc被认为是响应温度胁迫的初始感受器。水稻共有16个cngc基因,目前只有少数cngc基因调节对非生物胁迫的耐受性。本发明人课题组前期通过同源分析鉴定到一个水稻钙离子通道蛋白,环核苷酸门控通道cngc16,并利用存活率等方法,证明cngc16正调控水稻苗期的耐热性和耐冷性。除cngc14和cngc16正调控水稻苗期的耐热性和耐冷性外,cngc9也被报道能够增强水稻抗寒性,并促进冷诱导的胞质ca2+内流。

3、但是,不少报道明确了单个cngc基因对特定胁迫的耐受性方面的功能,却仍然不清楚是否有任何一个cngc基因参与特定或多重胁迫反应。同时,叶片气孔的开闭是调控细胞内的水分和热量平衡的关键。迄今为止,也仍不清楚气孔运动和植物胁迫耐受性之间是否以及如何联系在一起,从而调节参与多重胁迫反应。


技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供水稻cngc16蛋白或其编码基因在提高植物耐旱性中应用,同时过表达水稻基因cngc16还可以同时提高水稻苗期的耐热、耐冷和耐旱性,利于水稻抗多重逆境的遗传改良。

2、为了实现上述之发明目的,本发明提供以下技术方案:

3、本发明提供了水稻cngc16蛋白或水稻cngc16蛋白的编码基因的应用,所述应用为以下一种或多种,

4、a)调节植物叶片在非生物胁迫条件下的的气孔开度;

5、b)调节植物在非生物胁迫条件下的的失水率;

6、c)提高植物抗旱性能;

7、d)同时提高植物耐高温、耐低温及耐干旱等多重非生物胁迫能力;

8、e)培育具有抗旱性能的植物品种;

9、f)培育同时具有耐高温、耐低温及耐干旱等多重非生物胁迫能力的植物品种。

10、进一步地,所述a)具体为,

11、在植物中过表达所述水稻cngc16基因诱导植物在非生物胁迫条件下的叶片气孔关闭,

12、在植物中降低所述水稻cngc16基因的表达诱导植物在非生物胁迫条件下的叶片气孔张开。

13、进一步地,所述b)具体为,

14、在植物中过表达所述水稻cngc16基因降低植物在非生物胁迫条件下的失水率,

15、在植物中降低所述水稻cngc16基因的表达提高植物在非生物胁迫条件下的失水率。

16、进一步地,所述c)具体为,

17、在植物中过表达所述水稻cngc16基因提高植物的抗旱性能,

18、在植物中降低所述水稻cngc16基因的表达降低植物的抗旱性能。

19、进一步地,所述d)具体为,

20、在植物中过表达所述水稻cngc16基因提高植物的耐高温、耐低温及耐干旱性能,

21、在植物中降低所述水稻cngc16基因的表达降低植物的耐高温、耐低温及耐干旱性能。

22、进一步地,所述cngc16蛋白及其编码基因(oscngc16)的序列在国家水稻数据库中即可获得(https://www.ricedata.cn/gene/),所述水稻cngc16蛋白的编码基因的核苷酸序列如seq id no.1所示,所述编码基因的cds序列如seq id no.2所示,所述水稻cngc16蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。

23、进一步地,所述过表达所述水稻cngc16基因包括以下步骤,

24、(1)构建含有所述水稻cngc16基因的cds的重组过表达载体;

25、(2)将所述的重组过表达载体转化到植物组织或植物细胞中。

26、进一步地,所述降低所述水稻cngc16基因的表达包括以下步骤,

27、(1)构建含有所述水稻cngc16基因的突变体的重组表达载体;

28、(2)将所述的重组表达载体转化到植物组织或植物细胞中。

29、进一步地,所述突变体通过crispr基因编辑技术获得。

30、进一步地,所述突变体的类型包括基因敲除、碱基突变、碱基插入或碱基缺失。

31、进一步地,所述突变体为,在水稻cngc16基因距起始密码子585bp和718bp位置处各插入1bp,导致蛋白序列从第195aa发生移码突变变化,并在第262aa产生一个提前终止的密码子。

32、进一步地,所述突变体为,靶标1在距起始密码子586bp~588bp位置处缺失3bp,靶标2在距起始密码子718bp位置处插入1bp。

33、进一步地,所述突变体为,靶标1在距起始密码子585bp~591bp间缺失7bp,靶标2在距起始密码子718bp和719bp位置处分别插入和替换1bp。

34、本发明相对于现有技术而言具有以下技术效果,

35、本发明首次证明了过量表达水稻cngc16基因能够显著诱导水稻在高温、低温和干旱胁迫下的气孔关闭,同时还能够显著减少在高温和低温胁迫下的失水率。因此,水稻cngc16蛋白及其编码基因和重组载体能够应用于增强作物的耐高温、耐低温及耐旱等多重逆境胁迫能力,为水稻的抗逆育种提供了新资源。

36、本发明所涉及到的术语定义

37、除非另外定义,否则本文所用的所有技术及科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所了解相同的含义。

38、术语“多核苷酸”或“核苷酸”意指单股或双股形式的脱氧核糖核苷酸、脱氧核糖核苷、核糖核苷或核糖核苷酸及其聚合物。除非特定限制,否则所述术语涵盖含有天然核苷酸的已知类似物的核酸,所述类似物具有类似于参考核酸的结合特性并以类似于天然产生的核苷酸的方式进行代谢。除非另外特定限制,否则所述术语也意指寡核苷酸类似物,其包括pna(肽核酸)、在反义技术中所用的dna类似物(硫代磷酸酯、磷酰胺酸酯等)。除非另外指定,否则特定核酸序列也隐含地涵盖其保守修饰的变异体(包括(但不限于)简并密码子取代)和互补序列以及明确指定的序列。特定而言,可通过产生其中一个或一个以上所选(或所有)密码子的第3位经混合碱基和/或脱氧肌苷残基取代的序列来实现简并密码子取代。

39、术语“多肽”、“肽”和“蛋白”在本文中互换使用以意指氨基酸残基的聚合物。即针对多肽的描述同样适用于描述肽和描述蛋白,且反之亦然。所述术语适用于天然产生氨基酸聚合物以及其中一个或一个以上氨基酸残基为非天然编码氨基酸的氨基酸聚合物。如本文中所使用,所述术语涵盖任何长度的氨基酸链,其包括全长蛋白(即抗原),其中氨基酸残基经由共价肽键连接。

40、术语“重组宿主细胞株”或“宿主细胞”意指包含本发明多核苷酸的细胞,而不管使用何种方法进行插入以产生重组宿主细胞,例如直接摄取、转导、配对或所属领域中已知的其它方法。外源性多核苷酸可保持为例如质粒的非整合载体或者可整合入宿主基因组中。宿主细胞可为原核细胞或真核细胞,宿主细胞还可为单子叶或双子叶植物细胞。

41、本发明中所述术语“转化”指将编码基因导入到植物细胞内部这样的方式将多核苷酸或多肽遗传转化到植物中。将所述多核苷酸或多肽引入到植物中的方法为本领域所习知,包括但不限于稳定转化法、瞬时转化法和病毒介导法等。

42、本发明中所述术语“气孔开度”指气孔宽和长的比例。

43、本发明中所述术语“失水率”指热/冷处理前后植株重量减少的比例。


技术特征:

1.水稻cngc16蛋白或水稻cngc16蛋白的编码基因的应用,其特征在于,所述应用为以下一种或多种,

2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述a)具体为,

3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述b)具体为,

4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述c)具体为,

5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述d)具体为,

6.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述水稻cngc16蛋白的编码基因的核苷酸序列如seq id no.1所示,所述编码基因的cds序列如seq id no.2所示。

7.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述水稻cngc16蛋白的氨基酸序列如seqid no.3所示。

8.根据权利要求1-7任一所述的应用,其特征在于,所述过表达水稻cngc16基因包括以下步骤,

9.根据权利要求1-7任一所述的应用,其特征在于,所述降低所述水稻cngc16基因的表达包括以下步骤,

10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述突变体的类型包括基因敲除、碱基突变、碱基插入或碱基缺失。


技术总结
本发明公开了水稻CNGC16蛋白及其编码基因的应用,本发明分别采用过表达和CRISPR基因编辑将水稻CNGC16基因在水稻中进行过表达或突变,根据转基因水稻植株的表型变化发现,在水稻中过表达CNGC16基因能够显著改善水稻抗高温、低温和干旱的能力,因此,水稻CNGC16蛋白及其编码基因能够应用于提高植物对于多种非生物胁迫抗性,包括:调节植物叶片在非生物胁迫条件下的的气孔开度;调节植物在非生物胁迫条件下的的失水率;提高植物抗旱性能;同时提高植物耐高温、耐低温及耐干旱等多重非生物胁迫能力;培育具有抗旱性能的植物品种;培育同时具有耐高温、耐低温及耐干旱等多重非生物胁迫能力的植物品种。本发明在改良、增强水稻抗逆性以及加速抗逆分子育种进程等方面具有应用前景。

技术研发人员:卢珊,罗丽琳,崔永梅,华健
受保护的技术使用者:南京农业大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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