CN102559653A - OsDCL3b在培育矮杆水稻中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用水稻中Dicer蛋白OsDCL3b培育矮杆水稻的方法，该方法是利用转基因抑制水稻细胞中OsDCL3b基因的表达，具体地是利用RNA干扰技术抑制水稻中OsDCL3b基因的表达从而获得矮杆的水稻，对于水稻的抗倒伏具有重要的意义，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于植物转基因技术领域，涉及一种利用抑制水稻中OsDCL3b基因的表达培育矮杆水稻的方法。
背景技术
水稻是我国重要的粮食作物，其产量和品质对于我国的粮食生产和粮食安全都至关重要的。最近年来，全球气候多变，台风、飓风增多，水稻倒伏现象严重，大大降低了水稻的产量和品质，我国粮食生产面临着严峻的考验。一般说来，高杆的水稻倒伏现象比较严重，矮杆水稻的抗倒伏能力比较强，因此培育矮杆水稻能够减少水稻的倒伏率、增加产量、提高品质，是现代水稻育种中的热点问题之一。随着科学技术的进步，分子生物学在水稻育种方面发挥着越来越重要的作用。
小分子RNA是现代分子学研究的热点，具有调节功能的非编码小分子RNA是指长度为21-25 nt左右，大多在进化上具有序列保守的小分子RNA。它们不编码蛋白质，而是以RNA的形式，在转录后水平上通过降解mRNA或抑制其翻译等方式，参与调节真核生物染色体结构的维持、防御病毒及调控生长发育等过程。小分子RNA特别是miRNA的发现是近年来生命科学研究的一个重大突破。
小分子RNA根据其前体及其合成途径可以分为siRNA和miRNA(microRNA)两大类。其中，siRNA是由一种具有RNA酶III活性的Dicer切割长的dsRNA分子产生的，然后组装到一个名为RISC的蛋白复合物中发挥作用。动物中Dicer基因较少，如人、小鼠和线虫中只有一个Dicer基因，因此负责了全部miRNA和siRNA的生物合成。在果蝇中，Dicer-1和Dicer-2则分别负责miRNA和siRNA的合成和代谢。植物DCL基因相对较多，功能也相对复杂，如拟南芥有四个DCL基因编码的蛋白，各自具有不同的功能。例如，dc11突变体导致各种发育缺陷。dcll强突变体使胚胎发育停止在球形胚期。dcll弱突变体表现出各种不同的发育缺陷，例如，叶片形状改变、开花迟缓以及子房发育不正常等，进一步研究发现，dcll-9miRNA不能正常积累。
本研究首次提供了一种利用水稻中Dicer的蛋白OsDCL3b培育矮杆水稻的方法，这不仅提供了一种解决水稻倒伏的方法，而且为利用先进的小分子RNA技术解决现代育种问题提供了一个切实的方案，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用水稻中Dicer蛋白OsDCL3b培育矮杆水稻的方法，该方法是抑制水稻细胞中OsDCL3b基因的表达，从而获得矮杆的水稻。OsDCL3b基因的脱氧核苷酸序列如序列表中序列2所示。
优选为利用RNA干扰技术抑制水稻中OsDCL3b基因的表达，具体步骤如下：
1, 将a或b构建到pCAMBIA2300 (可购自cambia公司)载体上，得到pCAMBIA2300－OsDCL3bIR重组载体。
(a) 序列表中序列1所示的核苷酸序列；
(b) 由（a）中的核苷酸序列经过突变或替换得到的能够与(a)的反义链相结合的核苷酸序列。
2, 将pCAMBIA2300－OsDCL3bIR导入水稻细胞。
其中，本发明以pCAMBIA2300为出发载体，携带有本发明水稻矮化相关的OsDCL3b基因的植物重组表达载体可通过使用原生质体-化学介导法(Ca2+、PEG)、Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、花粉管导入、微注射、电激、基因枪、农杆菌介导等常规生物学方法中的任何一种或几种方法的组合转化水稻细胞、组织或器官，并将转化的水稻细胞、组织或器官培育成植株；所述组织和器官可包括宿主水稻的果荚、愈伤组织、茎尖、叶片和种子等。
pCAMBIA2300－OsDCL3bIR转基因细胞系和转基因宿主菌均属于本发明的保护范围。
附图说明
图1为pCAMBIA2300-OsDCL3bIR的物理图谱。
图2为OsDCL3b基因通过RNAi敲除后植株表现出的表型。
具体实施方式
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，具体步骤可参见：《Molecular Cloning: A Laboratory Manual》（Sambrook，J.，Russell, David W.，Molecular Cloning: A Laboratory Manual，3rd edition，2001，NY，Cold Spring Harbor）。所用引物及DNA序列均由上海英骏生物技术有限公司合成。
实施例一 pCAMBIA2300－OsDCL3bIR载体的构建
1， pUCRNAi载体的改造：
pUCRNAi载体是在pUC18载体基础上改造得到，按照如下方法构建:将pUC18载体经BamHI和EcoRI酶切后，由T4聚合酶将其补平，以马铃薯基因组DNA为模板，利用正向引物：CCT GCA GGC TCG AGA CTA GTA GAT CTG GTA CGG ACC GTA CTA CTC TA和反向引物：CCT GCA GGG TCG ACT CTA GAG GAT CCC CTA TAT AAT TTA AGT GGA AAA进行PCR扩增马铃薯GA20氧化酶中的内含子。将扩增的产物以平端的方式插入pUC18载体的BamHI和EcoRI位点间，得到pUCRNAi载体。
2， pCAMBIA2300ACT载体的改造：
pCAMBIA2300ACT是由pCAMBIA2300 (CAMBIA公司)载体基础上构建的，具体方法如下:以水稻日本晴的基因组DNA为模板，用引物CGAATTCGAGCTCGGTACCC TCGAGGTCATTCATATGCTTGAGA和TCTAGAGGATCCCCGGGTACCTCTTCTACC TACAAAAAAGCTCCGCAC进行PCR，扩增Actinl。将PCR产物经EcoRI和XbalI酶切后插入pCAMBIA2300载体的EcoRI和XbalI位点间，作为驱动的启动子，得到重组载体pCAMBIA2300ACT。
3， pCAMBIA2300－OsDCL3bIR载体的构建
提取水稻日本晴植株花序的总RNA，用oligo d (T)为引物，反转录成cDNA，用引物CX0024 (5'-CGCGGATCCTA CTACATGTGTTCTTGCTT-3')和CX0025 (5'-CCGCTCGAGACTGTATT TCATGACCC TTT-3') PCR扩增序列4，该片段命名为OsDCL3b-371。用XhoI和Bgl II酶切pUCRNAi，回收大片段与经BamHI和XhoI双酶切的PCR产物连接，将OsDCL3b-371反向插入pUCRNAi的XhoI和Bgl II位点间得到的重组载体命名为pUCRNAi -OsDCL3b-371。用BamHI和SalI双酶切pUCRNAi- OsDCL3b-371，回收大片段与经BamHI和XhoI双酶切的PCR产物连接，将OsDCL3b-371正向插入pUCRNAi- OsDCL3b-371的BamHI和SalI位点间得到的重组载体命名pUC-OsDCL3bIR。再将用PstI酶切pUC-OsDCL3aIR得到的正反方向的茎环片段(OsDCL3b-371a-GA20intron-OsDCL3b-371s)插入pCAMBIA2300ACT中PstI酶切位点间，重组载体命名为pCAMBIA2300-OsDCL3bIR如附图1所示。
实施例二矮杆水稻的获得
将重组表达载体pCAMBIA2300-OsDCL3bIR通过根癌农杆(Agrobacterium tume faciens)菌株AGL1的介导转入水稻日本晴成熟种子愈伤组织，在愈伤组织分化出的芽长至3-5cm时，切下芽，移入附加25mg/L除草剂草铵膦的生根培养基(MS+25mg/L草铵膦)，26±1℃光照培养生根，得到T0代转基因植株；幼苗长至约8-10cm高，培养瓶开盖炼苗1-2天，洗去根部植物凝胶，种植于田间，常规管理。
转化获得的植株通过PCR验证新霉素磷酸转移酶II (NPTII)基因是否存在验证转基因是否成功。以植株的基因组DNA为模板，利用引物:CX637(5' GATTGAACAAGATGGATTGCACGCAGGTT3')和CX638 (5'CAGAAGAACTCGTCAAGAAGGCGATAGAA 3' ) PCR扩增得到666bp的新霉素磷酸转移酶II片段的第一代转基因植株为T0代转基因植株。结果得到T0代转pCAMBIA2300-OsDCL3bIR植株。
T0代pCAMBIA2300-OsDCL3bIR转基因植株与野生型(正常未转基因的水稻日本晴)均表现明显异常的表型；pCAMBIA2300-OsDCL3bIR转基因水稻植株表现植株变矮。根据水稻各节长度与总节间长度的相对比值说明pCAMBIA2300-OsDCL3bIR转基因水稻矮杆突变体矮化主要源于各个节间均匀缩短，该类型节间伸长模式与野生型的节间生长模式类似(附图2)。
这说明我们通过抑制OsDCL3b的表达可以获得矮化的水稻。
Claims (7)
1.一种培育矮杆水稻的方法，包括通过转基因抑制水稻中OsDCL3b基因的表达
而获得矮杆水稻。
2.权利要求1所述的培育矮杆水稻的方法，其中所述转基因是将（a）或（b）
序列所示的核苷酸导入水稻细胞中。
3.(a) 序列表中序列1所示的核苷酸序列；
(b) 由（a）中的核苷酸序列经过突变或替换得到的能够与(a)的反义链相结合的核苷酸序列。
4. 权利要求2所述的培育矮杆水稻的方法，其中（a）或（b）序列所示的核苷酸是通过植物重组表达载体导入水稻的，优选所述植物重组表达载体是pCAMBIA2300-OsDCL3bIR。
5.植物重组表达载体，包含权利要求2所述的核苷酸序列，优选为
pCAMBIA2300-OsDCL3bIR。
6.经转化的微生物细胞，具有权利要求3所述的重组载体。
7.经转化的水稻细胞，具有权利要求3所述的重组载体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120711 |