CN113046361B - 基于NtFER基因的改造在提高植物青枯病抗性中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于植物病害防治技术领域,具体涉及基于NtFER的改造在提高植物抗性中的应用。本发明以烟草NtFER基因为靶标,通过基因工程手段进行改造,下调NtFER基因的表达量,提高植物对青枯病抗性。具体以烟草NtFER基因为靶标,设计了CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码上述sgRNA的DNA片段连入CRISPR/Cas9载体中,然后转化烟草,获得了烟草NtFER基因的编辑材料,并发现其对青枯病具有明显的抗性。

Description

基于NtFER基因的改造在提高植物青枯病抗性中的应用
技术领域
本发明属于植物病害防治技术领域,具体涉及基于NtFER基因的改造在提高植物抗性中的应用。
背景技术
FERONIA(FER)为植物界保守的一类受体蛋白激酶,在植物中的发现其具有响应生物胁迫和非生物胁迫的功能,包括冷热胁迫,盐胁迫,病原菌胁迫等。尤其近年来发现其配体分子RALF23能够通过FERONIA抑制植物免疫系统,而在植物根部,根结线虫通过分泌RALF类似物与FERONIA竞争结合,从而达到抑制植物免疫系统的作用,因此FER在植物免疫调控中发挥重要的作用。烟草中,目前发现NtFER主要参与烟叶大小和香气物质的调控过程。
青枯病是由假单胞杆菌科(Burkholderiaceae)青枯菌属(Ralstonia)青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)侵染引起的一种土传细菌病害,寄主范围广,可侵染烟草、番茄、马铃薯、辣椒等百种植物。烟草青枯病主要发生在热带和亚热带等地区,是烟草生产上一大毁灭性土传病害。烟草青枯病在化学、生物防治等方面仍然存在多方面的问题,且青枯菌系变异类型多,侵染来源较为复杂,因此挖掘青枯病抗性基因、培育抗性品种是防治青枯病的有效方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是:如何利用基因工程手段改造NtFER基因从而用于防治植物青枯病。
本发明的技术方案为:挖掘到与烟草青枯病抗性相关的NtFER基因,以烟草NtFER基因为靶标,通过基因工程手段进行改造,设计了CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码上述sgRNA的DNA片段连入CRISPR/Cas9载体中,然后转化烟草,获得了烟草NtFER基因的编辑材料,并发现其对青枯病具有明显的抗性。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案具体实现的:
基于NtFER基因的改造在提高植物青枯病抗性中的应用,所述应用的具体方法为:基于NtFER基因的改造,下调NtFER基因的表达量,从而达到提高植物对青枯病的抗性。
优选地,所述植物为烟草。
所述NtFER基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示;所述NtFER基因编码的氨基酸序列为SEQ ID NO:4所示。
基于NtFER基因的改造的具体方法:以烟草NtFER基因为靶标,通过基因工程手段进行改造。
优选地,所述基因工程手段包括诱变、基因编辑、基因沉默的至少一种方式。
优选地,基因编辑的具体方法为:以烟草NtFER基因为靶标,设计基于CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码上述sgRNA的DNA片段连入CRISPR/Cas9载体中转化烟草,实现对烟草NtFER基因的基因编辑。
优选的,所述基因编辑包括碱基取代、碱基缺失、碱基增加。
优选地,所述sgRNA的DNA片段连入CRISPR/Cas9载体的操作步骤为:
(1)退火:将SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3序列退火,反应体系:5×AnnealingBuffer for DNA Oligos 4μL,上下游引物各4μL(50μmol/μL),Nuclease-free water补至20μL;反应程序:95℃5min,每8s下降0.1℃,直至25℃;4℃保存退火反应得到的DNA产物;
(2)载体连接:将退火反应得到的DNA产物连接到经过BsaI酶切过后的pORE-Cas9/gRNA载体上;连接体系:退火DNA产物2μL,酶切pORE-Cas9/gRNA载体3μL,10×T4 DNALigase Buffer 2μL,T4 DNA Ligase(400U/μL)1μL,无菌水补至20μL;连接产物转化DH5a感受态细胞,筛选阳性克隆。
优选地,所述sgRNA序列包含SEQ ID NO:2和SEQ ID NO:3所示2种序列。
优选地,所述CRISPR/Cas9载体为pORE-Cas9/gRNA载体。
基于NtFER基因的改造在制备对青枯病抗性高的植物新品种中的应用。
优选地,所述植物新品种为烟草新品种。
本发明以烟草NtFER基因为靶标,通过基因工程手段进行改造,下调NtFER基因的表达量,提高植物对青枯病抗性。具体设计了CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码上述sgRNA的DNA片段连入CRISPR/Cas9载体中,然后转化烟草,获得了烟草NtFER基因的编辑材料,并发现其对青枯病具有明显的抗性。
附图说明
图1为对照组、NtFER-Cas9基因编辑突变体的抗青枯病表型分析。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
烟草生态型为云烟87;农杆菌菌种为LBA4404;载体pORE-Cas9/gRNA;主要试剂包括:Thermo Fisher生物公司的限制性内切酶、诺唯赞公司的DNA聚合酶、Infusion连接酶等;Thermo公司的反转录试剂盒;天根公司的RNA提取试剂盒;天根公司的质粒提取试剂盒以及DNA回收试剂盒;Taraka公司的定量PCR试剂;MS培养基、琼脂粉、琼脂糖、氨苄青霉素、卡那霉素、利福平等抗生素等试剂购自Sigma;实施例中所使用的各种其它化学试剂均为进口或国产分析纯试剂;引物合成和测序由北京擎科生物技术有限公司完成。
首先登陆网站http://zifit.partners.org/ZiFiT/faq.aspx,依据靶位点设计原则设计引物,最终选择下列sgRNA序列作为靶点5’--3’,根据靶点设计引物,通过PCR、酶切、连接等方式,构建CRISPR/Cas9的靶点载体。
sgRNA序列如下:NtFERF:5’-GATTGGAGGGTTTAGTCAACCCAAGAA-3’,NtFERR:5’-AAACTTCTTGGGTTGACTAAACCCTCC-3’。
载体构建如下:
(1)退火:将上述引物的退火反应按照上海碧云天生物技术有限公司产品说明书(产品编号:D0251),反应体系:5×Annealing Buffer for DNA Oligos 4μL,上下游引物各4μL(50μmol/μL),Nuclease-free water补至20μL;反应程序:95℃5min,每8s下降0.1℃,直至25℃;4℃保存;
(2)载体连接:将退火反应得到的DNA产物连接到经过BsaI酶切过后的pORE-Cas9/gRNA载体上;连接体系:退火DNA产物2μL,酶切pORE-Cas9/gRNA载体3μL,10×T4 DNALigase Buffer 2μL,T4 DNA Ligase(400U/μL)1μL,无菌水补至20μL。连接产物转化DH5a感受态细胞,筛选阳性克隆;用载体上游的通用引物:U26-F:5'-TTAGGTTTACCCGCCAATA-3'和目标基因上游反向互补引物为下游鉴定引物:5’-AAACTTCTTGGGTTGACTAAACCCTCC-3’对菌斑进行菌落PCR。经1%琼脂糖凝胶电泳检测后,进行测序验证;
(3)表达载体农杆菌的转化和烟草遗传转化:将测序正确的pORE-Cas9/gRNA载体提取质粒后转化LBA4404农杆菌,在含卡那霉素和利福平抗性的YEB平板上进行筛选培养,挑取菌斑进行菌落PCR验证,将阳性的菌液扩繁培养,离心菌液,用MS液体培养基重悬菌体,然后用重悬液浸染烟草叶盘,将被侵染的烟草叶盘(直径0.5cm)在含有NAA、6-BA和卡那霉素的MS固体培养基中进行筛选,最终获得愈伤组织和通过抗性筛选的阳性小芽;基因编辑的植株经过自交繁种后获得T1代进行后续实验,为了防止再次发生突变,测序后可挑出突变体进行自交,去掉Cas9背景;
(4)基因编辑材料的表型鉴定:将每个小盆中加入110g土,每个小盆中分别放入3粒野生型云烟87种子和NtFER的基因编辑突变体,分别做5个重复,然后覆盖50mL土,种子萌发后将长势不齐的苗子拔出,留下一株烟草苗。待植物都长大后,随机用小刀往土壤中切一刀,然后灌注含有30mL OD600=0.1青枯菌的菌液,10天后观察烟草的长势情况,比对对照组和NtFER-Cas9基因编辑材料的青枯菌侵染表型。图1说明NtFER-Cas9基因编辑材料更抗青枯菌。
序列表
<110> 湖南大学
<120> 基于NtFER基因的改造在提高烟草青枯病抗性中的应用
<141> 2021-01-30
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 3205
<212> DNA
<213> Nicotiana tabacum L.
<400> 1
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<210> 2
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<212> DNA
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Pro Gln Val Pro Phe Met Ser Ala Arg Val Phe Glu Ser Glu Phe Thr
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Tyr Ser Phe Pro Val Ala Pro Gly Arg Lys Phe Val Arg Leu Tyr Phe
100 105 110
Tyr Pro Ser Ser Tyr Asn Lys Leu Asn Ala Thr Asn Ala Ile Phe Ser
115 120 125
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130 135 140
Thr Ala Glu Ala Leu Asn Tyr Asp Tyr Leu Thr Lys Glu Phe Ser Ile
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Asn Val Pro Ser Glu Thr Leu Asn Met Thr Phe Thr Pro Ser Pro Asn
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Arg Leu Asn Val Gly Gly Asn Val Ile Ser Pro Ser Ala Asp Thr Gly
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Leu Val Thr Arg Arg Arg Lys His Gly Lys Val Gln Ser Pro Ser Asp
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Gly Pro Ser Gly Trp Leu Pro Leu Ser Leu Tyr Gly Asn Ser His Thr
485 490 495
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Leu His Tyr Leu His Thr Gly Ala Lys His Thr Ile Ile His Arg Asp
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Lys Gly Phe Gly Lys Met Asp Ile Glu Glu Gly Phe Asp Val Thr Cys
820 825 830
Lys Gly Lys Lys Asp Leu Asn Glu Ser Ala Gly Phe Asp Ala Ser Met
835 840 845
Thr Asp Ser Arg Ser Ser Gly Ile Ser Met Ser Ile Gly Gly Arg Ser
850 855 860
Leu Ala Ser Asp Asp Ser Asp Gly Leu Thr Pro Ser Ala Val Phe Ser
865 870 875 880
Gln Ile Met Asn Pro Lys Gly Arg
885

Claims (9)

1.基于NtFER基因的改造在提高植物青枯病抗性中的应用,其特征在于,所述应用的具体方法为:基于NtFER基因的改造,下调NtFER基因的表达量,从而达到提高植物对青枯病的抗性;所述NtFER基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示;所述NtFER基因编码的氨基酸序列为SEQ ID NO:4所示。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述植物为烟草。
3.根据权利要求2所述的应用,所述基于NtFER基因的改造的具体方法:以烟草NtFER基因为靶标,通过基因工程手段进行改造。
4.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述基因工程手段包括诱变、基因编辑、基因沉默的至少一种方式。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述基因编辑的具体方法为:以烟草NtFER基因为靶标,设计基于CRISPR/Cas9的sgRNA序列,将含有编码上述sgRNA的DNA片段连入CRISPR/Cas9载体中转化烟草,实现对NtFER基因的基因编辑。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述基因编辑包括碱基取代、碱基缺失、碱基增加。
7.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述sgRNA序列包含SEQ ID NO:2和SEQ IDNO:3所示2种序列。
8.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述CRISPR/Cas9载体为pORE-Cas9/gRNA载体。
9.基于NtFER基因的改造在制备对青枯病抗性高的植物新品种中的应用,其特征在于,所述NtFER基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示;所述NtFER基因编码的氨基酸序列为SEQID NO:4所示。
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