CN113980964B - 一种甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法及应用,属于植物基因编辑和植物育种技术领域;在本发明中,针对甘蓝型油菜中的BnHBBD基因设计筛选靶点Target1和Target2,并设计sgRNA序列,然后将2个靶点分别与2个相同的sgRNA序列连接,构建出双靶点基因编辑载体pKSE401‑BnHBBD‑CRISPR,转化甘蓝型油菜,实现对甘蓝型油菜BnHBBD基因的定点突变,通过自交来分离载体所携带的外源基因得到具有长开花期、抗菌核病和角果不易开裂的非转基因油菜新材料;本发明利用基因编辑技术在甘蓝型油菜中进行编辑,极大的缩短了新种质的获得周期,为油菜育种提供创新种质。
Description
技术领域
本发明属于植物基因编辑和植物育种技术领域,具体涉及一种甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法及应用。
背景技术
油菜(Brassica napus L.)是我国种植最广泛的油料作物之一,它不仅可以用来生产食用油,也可用来观赏,是我国重要的经济作物之一。生物育种和种子工程发展迅速,目前,我国的育种手段和技术更加注重生物育种,并即将对农业生物种质资源挖掘与创新利用设立重点专项,增强创新能力,提高自主研发水平。
在现代社会,随着人们生活水平的提高,加之油菜花颜色鲜艳、花色多、分布广泛、管理简单、投入较低,很自然的就成为了极具观赏价值的农田景观作物,油菜旅游业逐渐愈发火热。最为出名的江苏兴化的垛田油菜花景区和青海门源的油菜花海景区,仅一天的门票收入就有近百万,综合旅游收入数十亿(数据来源江苏省人民政府、门源县人民政府)。
基因编辑(Gene Editing),是一种新兴、精确的能对生物体基因组特定基因进行修饰的基因工程技术。近年来,有研究利用基因编辑技术将大豆中LNK2基因的敲除影响了大豆的开花时间,还有研究利用CRISPR/Cas9系统获得水稻突变体,发现丙酮酸酶和细胞周期蛋白的表达之间的关系,提高了籽粒产量;研究还发现通过多重gRNA和单gRNA敲除油菜中异源四倍体的多个溶血磷脂酸酰基转移酶LPAT(Lysophosphatidic acidacyltransferase)基因会引起脂肪酸含量变化。目前,CRISPR/Cas9系统定点突变技术已经逐步成熟,可以极大缩短新种质的获得周期。
目前,油菜在自然环境下生长开花时,油菜的各个部位可能会被传播核盘菌子囊孢子。在油菜的各个部位中,凋落的花瓣带菌率最高,且菌丝会随着花瓣的脱落飘落到茎和叶片上,对油菜进行再次侵染,进而造成大面积菌核病发病。除此之外,油菜还存在着角果易开裂,机械化收割造成菜籽损耗大、收割效率不高、适宜观赏花期短等问题。
发明内容
针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法及应用。在本发明中,利用CIRSPR/Cas9系统对甘蓝型油菜的BnHBBD基因定点突变来育种,获得了一种具有长开花期、抗菌核病和角果不易开裂的转基因植株。其中,基因BnHBBD名中,Bn表示油菜英文简写,H、B、B、D分别为花(Hua)、瓣(Ban)、不(Bu)、掉(Diao)的汉语拼音首字母。
本发明中,首先提供了一种用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的CRISPR/Cas9系统序列元件组,其特征在于,所述序列元件组包括U6-26p-Target1-gRNA、U6-26p-Target2-gRNA和根据密码子优化后的Cas9基因;所述U6-26p-Target1-gRNA包括启动子U6-26p,gRNA骨架结构和Target1;所述U6-26p-Target2-gRNA包括启动子U6-26p,gRNA骨架结构,Target2;
其中,所述甘蓝型油菜BnHBBD基因包括BnHBBD-C06和BnHBBD-A07,所述Target1为基因BnHBBD-C06的靶点序列,所述-Target2为基因BnHBBD-A07的靶点序列。
其中,所述Target1的核苷酸序列为:5’-TACGATGGTTCTGCTCTGTC-3’(SEQ.ID.NO.1);
Target2的核苷酸序列为:5’-TGCAAGAATTGGAGCCACCG-3’(SEQ.ID.NO.2);
sgRNA的核苷酸序列为:
GTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAGTTAAAATAAGGCTAGTCCGTTATCAACTTGAAAAAGTGGCACCGAGTCGGTGCTTTTTTT(SEQ.ID.NO.3)。
进一步的,所述BnHBBD-C06的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6所示;
BnHBBD-A07的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.7所示。
本发明中还提供了一种基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR,所述基因编辑载体包含上述用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的CRISPR/Cas9系统序列元件组。
本发明中还提供了用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的基因工程菌,所述基因工程菌采用上述基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR转化宿主细菌得到。
本发明中还提供了一种用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的试剂盒,所述试剂盒上述基因编辑载体或基因工程菌。
本发明中还提供了上述序列元件组、基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR、基因工程菌或试剂盒的应用,所述应用包括:
A)在甘蓝型油菜基因BnHBBD-C06和/或基因BnHBBD-A07定点突变中的应用,所述BnHBBD-C06基因的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6所示,所述BnHBBD-A07基因的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.7所示;
B)在具有长开花期的甘蓝型油菜育种中的应用;和/或
C)在具有抗菌核病的甘蓝型油菜育种中的应用;和/或
D)在具有角果不易开裂的甘蓝型油菜育种中的应用。
本发明中还提供了一种利用CIRSPR/Cas9系统对甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法,包括:
(1)针对甘蓝型油菜中的BnHBBD基因设计筛选靶点Target1和Target2,并设计sgRNA序列,将2个靶点Target1和Target2分别与sgRNA序列连接,构建出双靶点基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR;
(2)将基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR转化农杆菌GV3101,得到含有基因编辑表达载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR的农杆菌;
(3)扩大培养,利用得到的农杆菌菌液介导油菜下胚轴转化;
(4)油菜下胚轴培养、诱导愈伤组织、再分化、生根培养、炼苗、移栽,得到转基因油菜;
(5)鉴定获得BnHBBD基因发生突变的转基因植株。
其中,所述甘蓝型油菜BnHBBD基因包括BnHBBD-C06和BnHBBD-A07,所述Target1为基因BnHBBD-C06的靶点序列,所述-Target2为基因BnHBBD-A07的靶点序列,
所述Target1的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.1所示,
所述Target2的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.2所示,
所述sgRNA的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.3所示,
所述BnHBBD-C06的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6所示,
所述BnHBBD-A07的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.7所示。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
花序脱落缺失(INFLORESCENCE DEFICIENT IN ABSCISSION,IDA)可以通过与膜上的共受体HAE和HSL2蛋白进行结合,通过磷酸化和信号级联放大反应,将脱落信号传递给胞内下游调控因子,使得脱落区(ABSCISSION ZONE,AZ)细胞扩大,最终导致花器官脱离,而突变体脱离区细胞不再扩张,花瓣不再脱落,使角果果皮和假隔膜之间的离层受到一定影响,进而使角果不易开裂,油菜粒不易脱落,减少机械化收货过程中的损失,提高油菜的生产效率。本发明中,在油菜的5个同源基因中,确定了表达量最高,且与拟南芥最为相近的2个在甘蓝型油菜中控制花器官脱落的有效基因BnHBBD-A07和BnHBBD-C06,利用CIRSPR/Cas9系统对上述基因进行定点突变,获得了花瓣不脱落的油菜种质。由于只有在花瓣上,核盘菌的子囊孢子才能萌发形成菌丝,而直接落在油菜叶片上不能萌发形成菌丝,因此花瓣不脱落阻断了菌核菌进一步浸染下部叶片,可以达到抗菌核病的目的。
本发明成功利用基因编辑技术在甘蓝型油菜中进行编辑,极大的缩短了新种质的获得周期,为油菜育种提供新思路。本发明构建的基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR转化油菜后获得的转化株,为研究基因BnHBBD的功能及作用机制提供了实验材料,也可作为新的长开花期、抗菌核病和不落粒种质资源,为油菜育种提供新的基因源,有助于推动农业科学进步。
附图说明
图1为BnHBBD-A07和BnHBBD-C06核苷酸及氨基酸序列差异比对图。
图2为所选取的Target1和Target2靶点在基因上的位置示意图(a)与pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒中LB和RB范围内简略示意图(b),图中,LB:左边界;RB:右边界;Kan:卡那霉素抗性基因;P-CaMV35S:CaMV35启动子;U6-26p-Target1-gRNA:gRNA表达元件组,包括启动子U6-26p、gRNA骨架结构和靶点1(Target1);U6-26p-Target2-gRNA:gRNA表达元件组,包括启动子U6-26p、gRNA骨架结构和靶点2(Target2);Cas9:根据密码子优化后的Cas9基因。
图3为经过转化得到2株阳性株中提取叶片基因组的PCR鉴定胶图;图中,WT:野生型;hbbd-1、hbbd-2:突变体转基因植株;+:正对照,pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒;-:负对照,ddH2O;Marker:Takara DL2000 DNA Marker。
图4为与野生型相比hbbd突变体中BnHBBD-A07基因(a)和BnHBBD-C06基因(b)的测序结果分析示意图。
图5为hbbd突变体靶点1处T插入导致的移码突变简析示意图;图中(a)为与野生型相比突变体中BnHBBD-A07基因发生的改变;(b)为与野生型相比突变体中BnHBBD-C06基因发生的改变。
图6为野生型(a)与hbbd突变体花器官不脱落表型(b)的花期对比图。
图7为hbbd突变体3个不同株系的花器官不脱落表型(hbbd)与野生型(WT)的角果成熟期对比图。
图8为突变体(hbbd)与野生型(WT)的花序时期对比图,图中数字代表油菜花序的位置编号,花苞开放的第一朵花编号为1,第二朵花编号为2,依次类推。
图9为在自然情况下,核盘菌侵染hbbd突变体与野生型发病途径对比示意图。
图10为在培养箱环境下,核盘菌侵染hbbd突变体与野生型WT发病情况对比示意图;其中图中(a)与(c)的小箭头处为核盘菌接种位置,(b)为长箭头代表野生型花瓣脱落至叶片上,(d)为长箭头与叉号代表突变体花瓣不脱落至叶片上,0dpi和4dpi代表接种核盘菌0天和4天。
图11为接种核盘菌后发病数量统计图,经过t检验,P<0.001,差异显著,使用三个*表示。
图12为突变体(hbbd)与野生型(WT)角果开裂力测定图,经过t检验,P<0.05,差异显著,使用一个*表示。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
在以下的实施例中,未详细描述的各种过程和方法均是本领域中公知的常规方法。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者,均在首次出现时表明,其后所用相同试剂无特殊说明,均以首次表明的内容相同;所涉及到的是试剂、材料等如无特殊说明,均为商业途径获得。
本发明中所采用的培养基及其配方如下所示:
LB液体培养基:称取胰蛋白胨10g、酵母提取物5g、氯化钠10g溶于80mL双蒸水中,定容1L,然后分装至10个锥形瓶用封口膜封口,121℃高温高压灭菌15min,冷却后放入4℃冰箱保存。
LB固体培养基:称取胰蛋白胨10g、酵母提取物5g、氯化钠10g、琼脂粉15g溶于800mL双蒸水中,然后定容1L,然后分装至10个锥形瓶用封口膜封口,121℃高温高压灭菌15min,冷却后放入4℃冰箱保存。使用时放入微波炉中加热至融化,待液体冷却到50℃左右加入抗生素,摇匀后立刻倒至无菌平皿中,每皿约10mL。
M0培养基:MS粉4.4g/L,蔗糖30g/L,双蒸水定容,调节pH值为5.84-5.88,凝固剂Agar 10g/L,灭菌后分装。
DM培养基:MS粉4.4g/L,蔗糖30g/L,双蒸水定容,调节pH值为5.84-5.88,灭菌,等培养基冷却后加入AS,1L中加入1mL AS(母液100μmol/mL),放于4℃冰箱待用,也可以在用时在加入AS。
M1培养基:MS粉4.4g/L,蔗糖30g/L,甘露醇18g/L,2,4-D 1mg/L,KT 0.3mg/L,双蒸水定容,调节pH值为5.84-5.88,凝固剂Agar 10g/L,灭菌后等培养基冷却后加入AS,1L中加入1mL AS(母液100μmol/mL),放于4℃冰箱待用,也可以在用时在加入AS。
M2培养基:MS粉4.4g/L,蔗糖30g/L,甘露醇18g/L,2,4-D 1mg/L,KT 0.3mg/L,双蒸水定容,调节pH值为5.84-5.88,凝固剂Agar 10g/L,灭菌后等培养基冷却后加入:特美汀TMT 300mg/L,STS 150μmol/L,卡那霉素25mg/L,然后分装到无菌平皿中。
M3培养基:MS粉4.4g/L,葡萄糖10g/L,木糖0.25g/L,MES 0.6g/L,双蒸水定容,调节pH值为5.84-5.88,凝固剂Agar 10g/L,灭菌后等培养基冷却后加入:ZT 2mg/L,IAA0.1mg/L,特美汀TMT 300mg/L,AgNO3 150μmol/L,卡那霉素25mg/L,然后分装到无菌平皿中。
M4培养基:MS粉4.4g/L,蔗糖10g/L,双蒸水定容,调节pH值为5.84-5.88,凝固剂Agar 8g/L,灭菌后等培养基冷却后加入:特美汀TMT 300mg/L,然后分装。
PDA固体培养基:称取购买自国药集团的马铃薯葡萄糖琼脂培养基粉末7.4g,加入200mL蒸馏水中,121℃高温高压灭菌15min,冷却后放入4℃冰箱保存,使用时放入微波炉中加热至融化,待液体冷却到50℃左右加入抗生素,摇匀后立刻倒至无菌平皿中,每皿约20mL。
实施例1:BnHBBD基因的鉴定及获得
在甘蓝型油菜中,HBBD有5个成员,本发明对其利用转录组数据及生物信息学分析,通过进化树及同源性比对获得2个表达量最高、同源性最高的HBBD基因——BnHBBD-A07和BnHBBD-C06,由于这两个基因相似度较高,仅有几个碱基的差别,难以通过普通PCR的方法区分开,本实施例中通过测序的方法来分辨BnHBBD-A07和BnHBBD-C06。
根据油菜网站(https://www.genoscope.cns.fr/brassicanapus/)上的BnHBBD基因的编码序列设计引物,引物序列为:
HBBD-F(SEQ.ID.NO.13):ATGGCTCCGTGTCGTACG
HBBD-R(SEQ.ID.NO.14):TCAATGAGGATGAGAGTC;
然后以油菜品种Y127(来源于华中农业大学)的叶片DNA为模板,使用高保真酶2*Phanta MAX Master Mix(购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司)扩增BnHBBD基因的CDS序列,PCR反应如表1所示。
表1.高保真酶PCR扩增反应体系
PCR反应体系 | 体积 |
ddH2O | 20μL |
2*Phanta Max Master Mix | 25μL |
上游引物(10μM) | 2μL |
下游引物(10μM) | 2μL |
模板DNA(50-400ng) | 1μL |
PCR反应程序为:95℃预变性3min;95℃变性15s、52℃退火15s、72℃延伸30s,共进行35个循环;72℃终延伸5min。PCR反应结束后,将PCR产物在2%琼脂糖凝胶(质量体积分数)中120V下进行凝胶电泳30min,然后在紫外凝胶成像仪下照相,记录结果。结果显示,该引物扩增出的目的片段,即BnHBBD-A07和BnHBBD-C06基因片段的大小为231bp左右。
参照UNIQ-10柱式DNA胶回收试剂盒(购自生工生物工程(上海)股份有限公司)中操作说明,从琼脂糖凝胶中回收PCR扩增产物BnHBBD基因,然后将回收的PCR扩增产物BnHBBD基因连接到pMD19-T载体(购自宝生物工程(大连)有限公司)上,连接体系为:4.5μL胶回收产物、0.5μLpMD-19T载体、5μL SolutionⅠ(购自宝生物工程(大连)有限公司),在16℃下连接过夜,得到连接产物。
向30μL大肠杆菌感受态细胞(购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司)中加入10μL的连接产物,通过热激法将连接产物转入大肠杆菌中,然后利用含终浓度为30mg/mL的Amp的LB培养基筛选阳性菌落,并挑取10个单菌落震荡培养12-16h,取2μL菌液作为模板PCR扩增进行鉴定,PCR反应的引物为:
M13-F(SEQ.ID.NO.15):TGTAAAACGACGGCCAGT
M13-R(SEQ.ID.NO.16):CAGGAAACAGCTATGACC。
PCR扩增反应体系如表2所示,PCR反应程序为:94℃预变性3min;94℃变性30s、50℃退火30s、72℃延伸1min,共进行28个循环;72℃终延伸10min。
表2.菌液PCR扩增反应体系
PCR反应体系 | 体积 |
ddH2O | 6μL |
rTaq | 10μL |
上游引物(10μM) | 1μL |
下游引物(10μM) | 1μL |
菌液 | 2μL |
将PCR扩增的结果在2%的琼脂糖凝胶上进行检测,检测发现得到的DNA片段为400bp左右,说明转化成功,选10份转化成功的菌液各吸取100μL送到生工生物工程(上海)股份有限公司测序。分析测序结果可得BnHBBD-A07和BnHBBD-C06序列,其核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4和SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6和SEQ.ID.NO.7所示。
根据序列表比对发现BnHBBD-C06和BnHBBD-A07的核苷酸序列共相差4个碱基,这4个碱基在BnHBBD-C06和BnHBBD-A07中分别是第59位G→A、第129位T→C、第140位T→A和第159位C→G。上述核苷酸的序列差异导致了2个氨基酸变化,这2个氨基酸在BnHBBD-C06和BnHBBD-A07中分别是第20位N→S和第47位H→L,比对示意图见图1。
实施例2:基于CRISPR/Cas9系统定向突变甘蓝型油菜基因BnHBBD-A07和BnHBBD-C06编辑载体的构建
将BnHBBD-A07和BnHBBD-C06基因序列提交到网站http://cbi.hzau.edu.cn/cgi-bin/CRISPR,筛选靶点,选取靶位点Target1和Target2,所述Target1序列为:5’-TACGATGGTTCTGCTCTGTC-3’(SEQ.ID.NO.1),Target2序列为5’-TGCAAGAATTGGAGCCACCG-3’(SEQ.ID.NO.2),把上述2个靶点序列分别连接到2个相同的sgRNA序列的5’端:[(20bptarget)GTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAGTTAAAATAAGGCTAGTCCGTTATCAACTTGAAAAAGTGGCACCGAGTCGGTGCTTTTTTT](SEQ.ID.NO.3),其中,(20bp target)分别为Target1和Target2的长度,使得建出的双靶点基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR可对目的序列敲除2次,保证产生有效编辑。
根据筛选的靶点设计CRISPR/Cas9载体靶点引物,引物序列如表3所示,确保设计的2个靶点可以同时敲除BnHBBD-A07和BnHBBD-C06。
表3.CRISPR/Cas9载体靶点引物
引物 | 序列5’-3’ |
HBBD-DT1-F0(SEQ.ID.NO.9) | TGTACGATGGTTCTGCTCTGTCGTTTTAGAGCTAGAAATAGC |
HBBD-DT2-R0(SEQ.ID.NO.10) | AACCGGTGGCTCCAATTCTTGCACAATCTCTTAGTCGACTCTAC |
HBBD-DT1-Bs(SEQ.ID.NO.11) | ATATATGGTCTCGATTGTACGATGGTTCTGCTCTGTCGTT |
HBBD-DT2-BsR(SEQ.ID.NO.12) | ATTATTGGTCTCGAAACCGGTGGCTCCAATTCTTGCACAA |
随后使用表3中的四种引物对模板入门载体pCBC-DT1T2(来自华中农业大学洪登峰老师)进行PCR扩增,PCR反应体系与表1中相同,PCR反应程序为:95℃预变性3min;95℃变性15s、52℃退火15s、72℃延伸30s,35个循环;72℃终延伸5min。其中引物HBBD-DT1-BsF和HBBD-DT2-BsR正常引物浓度10μM;HBBD-DT1-F0和HBBD-DT2-R0稀释20倍,引物浓度应为5μM,纯化回收上述PCR产物,该PCR产物的长度为626bp,然后建立酶切-连接反应体系,具体的反应体系如表4所示,反应条件为37℃保持5h,50℃保持5min,80℃保持10min。
表4.酶切-连接反应体系
成分 | 体积 |
PCR产物(626bp) | 2μL |
pKSE401 | 2μL |
10*NEB T4 Buffer | 1.5μL |
10*BSA | 1.5μL |
Bsa I(NEB) | 1μL |
T4 Ligase(NEB)/高浓度 | 1μL |
ddH2O | 6μL |
反应结束取5μL连接产物转化感受态大肠杆菌DH5α,使用含有50mg/mL Kan的固体LB平板培养基进行筛选,37℃过夜培养后,挑取阳性克隆在400μL含有50mg/mL Kan的液体LB培养基进行震荡培养4-6h,取2μL菌液作为模板PCR扩增进行鉴定,使用pKSE401载体上U6启动子中的序列设计鉴定引物,退火温度改为57℃,其他PCR扩增反应体系和条件与表2中菌液PCR扩增反应相同,具体引物序列如下所示:
U626-IDF:TGTCCCAGGATTAGAATGATTAGGC(SEQ.ID.NO.17)
U629-IDR:AGCCCTCTTCTTTCGATCCATCAAC(SEQ.ID.NO.18);
经过PCR鉴定跑胶后得到的片段大小为726bp,吸取片段大小正确的阳性克隆菌液100μL送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序,然后在pKSE401载体上U6启动子中的序列设计正向测序引物,引物序列如下:
U626-IDF:TGTCCCAGGATTAGAATGATTAGGC(SEQ.ID.NO.17)
U629-IDF:TTAATCCAAACTACTGCAGCCTGAC(SEQ.ID.NO.19);
将测序结果中含有设计的2个靶点Target1和Target2的阳性克隆菌液进行扩大培养以提取质粒,从而获得pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒,最后将质粒转入农杆菌GV3101中,扩大培养并保菌以待使用。
图2为所选取的Target1和Target2靶点在基因上的位置示意图(a)与pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒中LB和RB范围内简略示意图(b)。图中,LB:左边界;RB:右边界;Kan:卡那霉素抗性基因;P-CaMV35S:CaMV35启动子;U6-26p-Target1-gRNA:包括启动子U6-26p、gRNA骨架结构和靶点1(Target1);U6-26p-Target2-gRNA:gRNA表达元件组,包括启动子U6-26p、gRNA骨架结构和靶点2(Target2);Cas9:根据密码子优化后的Cas9基因。
实施例3:pKSE401-BnHBBD-CRISPR基因编辑重组载体转化甘蓝型油菜(Brassicanapus)
A.播种:
为了快速获得所需的油菜新种质,选取无需春化、可快速生长的甘蓝型油菜Y127种子(种子来自华中农业大学洪登峰老师),放在10mL离心管中,加入体积分数为75%的酒精,上下翻转,浸泡1min,用移液器吸取酒精,加入适量无菌水冲洗3-5遍;再加入15%bleach溶液(配置为8.115mL无菌水+1.875mL次氯酸钠+10μL曲拉通),将离心管上下翻转,浸泡种子6min,污染较重的种子酒精消毒和灭菌的时间可以适当延长,但时间过长会影响种子发芽。随后吸掉消毒液,加入适量无菌水冲洗3-5遍,每次均上下翻转,保持离心管内为无菌环境。最后吸掉无菌水,用烧好的无菌镊子将灭菌种子播到M0培养基上,每瓶25粒左右,置于暗光24℃下培养6天,即可获得所需长度的油菜下胚轴。
B.菌液准备:
播种5-7天后用液体LB培养实施例2中得到的含有pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒的农杆菌,具体培养方式如下:在5mL抗性LB(加入50mg/L Kan+50mg/L Gen+50mg/L Rif)中加入20μL含有pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒的农杆菌,于28℃、180-220rpm摇床中培养约14-16h。
由于农杆菌在培养液中繁殖速度与其活性有关,而在对数期繁殖状态下的农杆菌活力最好,最易侵染植物,所以要严格计算好接菌时间。选择间隔2h重复接菌,如分别18:00、20:00接菌,次日早8:00挑选合适浓度,能够防止出现细菌浓度过高的情况。摇菌之前要挑选阳性单菌落在抗性平板上接种细菌,28℃下培养48h,等到阳性细菌在平板上繁殖出单菌落后用10μL枪头吸取该单菌落在培养液中反复吹打几次,使得菌均匀生长。
C.侵染及共培养:
准备好共培养培养基M1和DM液,M1培养基经过121℃15min灭菌后快冷却(约50℃)时快冷却时(约50℃)加入乙酰丁香酮AS(终浓度100μM),DM液也加入AS(终浓度100μM),记为DM(AS+),备用。
采用分光光度计测步骤B中所述的LB培养基中菌的OD值,选取OD值为0.4左右时的菌液较好,一般摇菌14-16小时即可。吸取2mL培养好的菌液到无菌离心管中,3000rpm 3min离心,弃上清;然后加入2mL DM(AS+)液悬浮,3000rpm 3min离心,弃上清;再加入2mL的DM(AS+)液悬浮,放4℃冰箱备用。
用无菌解剖剪刀剪取步骤A播种后生长出来的油菜下胚轴,切成0.8cm-1.0cm的小段,放在含有18mL的DM液体的培养皿中,等下胚轴全部切成小段后,再倒入2mL上述用DM(AS+)液重悬后的菌液,这时皿里液体体积为20mL,浸染10-15min(时间不能长,不然外植体易死亡),隔段时间摇晃1次,4~5次即可。当侵染8min时开始用移液器吸掉DM(AS+)菌液,用无菌镊子夹取外植体到无菌滤纸上放置片刻,吸走外植体上多余的菌液,然后将外植体再转到M1固体培养基中,外植体暗光下24℃放置或放在光照培养室避光处。
D.选择培养及愈伤诱导:
将在M1培养基中培养36-48h的外植体转入到M2培养基中,光下正常培养,培养条件为24℃条件下,采用白天16h、晚上8h的方式交替培养,2-3周诱导愈伤。
E.再分化:
将外植体转到M3培养基中,每2-3星期继代一次,直至出现绿芽。
F.生根培养
将有完整生长点的绿芽转入M4培养基中长大生根,约需要20天。生根后,可以直接放置培养间进行炼苗,待苗状态稳定后,从培养基中取出,取苗过程中不要破坏植物的根系,然后将苗移到土壤中培养,培养时需要用保鲜膜保湿1-2周,即可获得等待鉴定的转基因油菜。
实施例4:转基因甘蓝型油菜的鉴定以及基因编辑位点检测
待实施例3中的转基因油菜植株生长稳定后,采取CTAB法提取转基因油菜叶片中的DNA,具体步骤如下:
A.取少量叶片放入1.5mL离心管中,使用液氮进行研磨,研磨成干粉后,加入600μLCTAB,然后将样品放入65℃水浴锅中孵育60min。
B.等待孵育完成后,在管中加入600μL氯仿/异戊醇(体积比为24:1)溶液,剧烈震荡,充分除去蛋白质,然后放入离心机中12000g离心10min。
C.离心后轻轻取出离心管,此时溶液分为三层,依次是水相、叶片碎片杂质层、有机相,吸取400-500μL上清水相,转移到新的离心管中,然后向上清中加入400-500μL异丙醇,轻轻颠倒混匀,接着将样品放入-20℃冰箱中冷却至少10min,以使异丙醇更加有效沉淀DNA。
D.将离心管放入离心机中,室温下12000g离心10min。
E.离心后弃上清,加入700μL预冷的体积分数为70%乙醇洗涤,弹起沉淀,轻轻颠倒洗涤,12000g瞬旋。
F.离心后弃上清,用移液器吸去乙醇溶液,然后在超净台风干沉淀,去除挥发性有机溶液。
G.向离心管中加入50-100μL ddH2O溶解沉淀,放入37℃水浴锅中30min,得到基因组样品。
H.取1μL基因组样品测定浓度,检测合格后,将基因组样品放入-20℃冰箱中备用。
将上述步骤中得到的基因组样品为模板,pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒为正对照,以未经过遗传转化的受体材料DNA和ddH2O为负对照,进行PCR鉴定,根据pKSE401载体上的U6启动子和Cas9蛋白序列设计鉴定引物(使用2对引物同时对待鉴定的转基因油菜基因组进行鉴定,以保证结果的可信度)退火温度分别为57℃和62℃,其他PCR扩增反应程序以及条件与表2菌液PCR反应相同,引物序列如下:
引物组1:扩增片段长度为726bp
U626-IDF:TGTCCCAGGATTAGAATGATTAGGC(SEQ.ID.NO.17)
U629-IDR:AGCCCTCTTCTTTCGATCCATCAAC(SEQ.ID.NO.18);
引物组2:扩增片段长度为701bp
Cas9-F:TGCAGGAGATTTTCTCCAACGA(SEQ.ID.NO.20)
Cas9-R:AGCCTTCGTAATCTCGGTGTTCA(SEQ.ID.NO.21)
待PCR完成后,将扩增产物在1%的琼脂糖凝胶中进行电泳,使用紫外凝胶成像仪照相,记录结果。图3为经过转化得到2株阳性株中提取叶片基因组的PCR鉴定胶图;图中,WT:野生型;hbbd-1、hbbd-2:突变体转基因植株;+:正对照,pKSE401-BnHBBD-CRISPR质粒;-:负对照,ddH2O;Marker:Takara DL2000 DNA Marker。
图中可以证实实施例3中所构建的基因编辑载体成功转入到油菜中,确定通过植物组织培养的过程,获得了鉴定成功的阳性株。
为了进一步确定的阳性株所发生的基因编辑情况,需要将上述鉴定成功的阳性株的基因组,使用高保真酶对BnHBBD-A07和BnHBBD-C06进行PCR扩增、跑胶、胶回收以及连接pMD19-T载体,转化大肠杆菌,挑菌鉴定,送单克隆菌液至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序,具体实验操作及方法与实施例1中相同。
对得到的测序结果进行分析,测序结果如图4所示,并将测序结果与实施例1中得到的BnHBBD-A07和BnHBBD-C06野生型真实测序结果进行比对分析,可以发现较多的单克隆在靶点1处表现出T碱基的插入,故此对其进行进一步分析,分析结果见图5。
图5为hbbd突变体靶点1处T插入导致的移码突变简析示意图;图中(a)为与野生型相比突变体中BnHBBD-A07基因发生的改变;(b)为与野生型相比突变体中BnHBBD-C06基因发生的改变。从图中可以看出,hbbd突变体的BnHBBD-A07和BnHBBD-C06基因中均会发生移码突变,导致HBBD基因翻译过程中的提前终止,HBBD蛋白不能正常合成,这可以证实基因编辑载体成功在目的靶点行使功能,成功敲除甘蓝型油菜中BnHBBD-A07和BnHBBD-C06基因。
实施例5:转基因甘蓝型油菜的花器官不脱落表型分析
将实施例4中验证成功的hbbd突变体进行自交,将分离掉载体所携带的外源基因片段的突变体后代,放置于16h光照,8h黑暗,相对湿度70%的培养箱中进行生长,待进入花期后,对野生型(甘蓝型油菜Y127,来自华中农业大学洪登峰老师)和突变体进行观察并记录花瓣脱落情况。本实验进行3次生物学重复,花器官附着情况是指不受外力影响的自然脱落情况,具体时间从花蕾开放到完全脱落,结果如表5所示。
表5.花器官附着情况统计表
株系名称 | 调查花器官数量 | 花器官附着状况(天) |
WT | 10 | 5±0.5 |
hbbd-1 | 12 | ∞ |
hbbd-2 | 10 | ∞ |
hbbd-3 | 11 | ∞ |
图6为野生型(a)与hbbd突变体花器官不脱落表型(b)的花期对比图,可以明显发现突变体花器官附着在脱离区,并且经过表5统计可以发现,hbbd突变体的花器官在不受外力的作用下,从花蕾期、初开期、盛花期、授粉期、成熟期,均可以持续的存在。图7为hbbd突变体3个不同株系的花器官不脱落表型(hbbd)与野生型(WT)的角果成熟期对比图。从图中可以看出,花器官的颜色从黄色逐步转变为白色,哪怕是角果生长期、角果成熟期,花器官不脱落的表型将会一直持续。图8为hbbd突变体型(hbbd)与野生型(WT)的花序时期对比图,图中数字代表油菜花序的位置编号,花苞开放的第一朵花编号为1,第二朵花编号为2,依次类推。从图中可以看出,按照花序的位置,进行标花,可以更加明显的看出花器官不脱离的表型。
由于自然界中核盘菌的子囊孢子飘落在花瓣上,随着野生型花器官的脱落,飘落在叶或茎处时,核盘菌的菌丝开始生长,形成侵染环境,病情严重时,会在茎中形成菌核,此时油菜的茎会由于核盘菌的侵染变得中空,从而导致整株植物死亡,带来极大的经济损失。图9为在自然情况下,核盘菌侵染hbbd突变体与野生型发病途径对比示意图。从图中可以看出,hbbd突变体的花器官不脱落菌核病发病率低。
本实施例中还在培养箱环境中测试了hbbd突变体花器官不脱落对菌核病的避病表型,具体测试方法为:将由试验田中分离得到的核盘菌菌核接种在PDA固体培养皿中,28℃倒置培养6天,等到菌丝生长到培养皿的边缘后,取边缘处0.3cm*0.3cm的菌叠分别接种到3株野生型和3株突变体的花瓣上,每株接种6处花瓣,然后将接种后的植株均放置在人工气候箱(购买自上海一恒科学仪器有限公司)中进行培养,所述培养条件为温度22℃、湿度90%、12h弱光照、12h黑暗培养,每12h观察菌丝生长情况。花瓣上接种核盘菌后发病情况统计如表6所示。
表6.花瓣上接种核盘菌后发病情况统计表
株系名称 | 接种花瓣数量 | 接种后发病数量 |
WT-1 | 6 | 6 |
WT-2 | 6 | 5 |
WT-3 | 6 | 5 |
hbbd-1 | 6 | 1 |
hbbd-2 | 6 | 0 |
hbbd-3 | 6 | 0 |
表6为花瓣上接种核盘菌后发病情况统计表,从表中可以看出,核盘菌侵染hbbd突变体与野生型WT后,野生型WT的花瓣接种后基本都发病,而hbbd突变体接种后发病率降低。
图10为培养箱环境下核盘菌侵染hbbd突变体与野生型WT发病情况对比示意图,其中图中(a)与(c)的小箭头处为核盘菌接种位置,(b)为长箭头代表野生型花瓣脱落至叶片上,(d)为长箭头与叉号代表突变体花瓣不脱落至叶片上,dpi(day of post-inoculation),0dpi和4dpi代表接种核盘菌0天和4天。从图中可以看出,野生型WT的花瓣会脱落,极大概率会带着已经开始生长的核盘菌脱离并附着在叶片上,核盘菌持续侵染使得植物叶片成腐烂状,造成了极大的病害;而hbbd突变体花器官不脱落,且处于植株的顶层,相对叶片处湿度较低,通风较好,核盘菌不易生长,发病概率显著降低,植物正常生长。
图11为接种核盘菌后发病数量统计图,经过t检验,P<0.001,可以看出突变体hbbd的花瓣发病数量与野生型WT相比,显著降低。
本实施例中还测试了hbbd突变体与野生型角果开裂力,具体测试步骤如下:取野生型和hbbd突变体开花后40天的共10个成熟角果,放置于温度25℃、湿度50%的环境一周,然后用胶水把角果粘在薄板上,使得油菜角果假隔膜所在平面平行于木板平面,角果的尾部与木板边沿对齐,角果柄处于木板之外。使用TA.XT Plus物性仪(英国Stable MicroSystem公司)把L形钩固定在探头上,在垂直于平板的方向于角果基部钩住固定在平板上角果和果柄的结合处。测定时用手压住平板,以1mm/min的速率匀速向上运动,当接触到角果柄时,转为0.5mm/min的速率匀速向上运动,拉开角果,同时记录野生型和突变体的拉裂力数据。
角果开裂前,受到的力不断增加,角果开裂后,受到的力突然减小,受力峰值即为角果开裂力的最大拉裂力数据,峰值越大,角果抗裂角能力越大。图12为突变体(hbbd)与野生型(WT)角果开裂力测定图,从图中可以看出,野生型角果最大拉裂力数据在0.3-0.5N左右,突变体角果最大拉裂力数据在0.6-0.8N左右,经过t检验,P<0.05,突变体和野生型相比拉裂力显著增加,即角果抗裂角能力增强。
上述实验结果可以说明甘蓝型油菜中HBBD蛋白也是调控花器官脱落的重要蛋白质之一,为延长花期、抗菌核病和机械化收割提供了一定的利用资源。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
序列表
<110> 江苏大学
<120> 一种甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法及应用
<160> 21
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
tacgatggtt ctgctctgtc 20
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
tgcaagaatt ggagccaccg 20
<210> 3
<211> 83
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
gttttagagc tagaaatagc aagttaaaat aaggctagtc cgttatcaac ttgaaaaagt 60
ggcaccgagt cggtgctttt ttt 83
<210> 4
<211> 231
<212> DNA
<213> 甘蓝型油菜(Brassica napus)
<400> 4
atggctccgt gtcgtacgat ggttctgctc tgtctggttc tgtttctggc ggcgagtaac 60
tcttcttatg tggccgctgc aagaattgga gccaccgtgg agatgaagaa taggaagagc 120
ttagggttca aagacagcca tatttctggt tacttgccga aaggtgttcc cattcctcct 180
tctgcccctt cgaagagaca caactctctt attgactctc atcctcattg a 231
<210> 5
<211> 231
<212> DNA
<213> 甘蓝型油菜(Brassica napus)
<400> 5
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<211> 76
<212> PRT
<213> 甘蓝型油菜(Brassica napus)
<400> 6
Met Ala Pro Cys Arg Thr Met Val Leu Leu Cys Leu Val Leu Phe Leu
1 5 10 15
Ala Ala Ser Asn Ser Ser Tyr Val Ala Ala Ala Arg Ile Gly Ala Thr
20 25 30
Val Glu Met Lys Asn Arg Lys Ser Leu Gly Phe Lys Asp Ser His Ile
35 40 45
Ser Gly Tyr Leu Pro Lys Gly Val Pro Ile Pro Pro Ser Ala Pro Ser
50 55 60
Lys Arg His Asn Ser Leu Ile Asp Ser His Pro His
65 70 75
<210> 7
<211> 76
<212> PRT
<213> 甘蓝型油菜(Brassica napus)
<400> 7
Met Ala Pro Cys Arg Thr Met Val Leu Leu Cys Leu Val Leu Phe Leu
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20 25 30
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50 55 60
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65 70 75
<210> 8
<211> 15810
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 8
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aactgaaggc gggaaacgac aatctgatcc aagctcaagc tgctctagca ttcgccattc 120
aggctgcgca actgttggga agggcgatcg gtgcgggcct cttcgctatt acgccagctg 180
gcgaaagggg gatgtgctgc aaggcgatta agttgggtaa cgccagggtt ttcccagtca 240
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ttcttcttag ctttttttct tcttcttcgt tcatacagtt tttttttgtt tatcagctta 360
cattttcttg aaccgtagct ttcgttttct tctttttaac tttccattcg gagtttttgt 420
atcttgtttc atagtttgtc ccaggattag aatgattagg catcgaacct tcaagaattt 480
gattgaataa aacatcttca ttcttaagat atgaagataa tcttcaaaag gcccctggga 540
atctgaaaga agagaagcag gcccatttat atgggaaaga acaatagtat ttcttatata 600
ggcccattta agttgaaaac aatcttcaaa agtcccacat cgcttagata agaaaacgaa 660
gctgagttta tatacagcta gagtcgaagt agtgattgta cgatggttct gctctgtcgt 720
tttagagcta gaaatagcaa gttaaaataa ggctagtccg ttatcaactt gaaaaagtgg 780
caccgagtcg gtgctttttt ttgcaaaatt ttccagatcg atttcttctt cctctgttct 840
tcggcgttca atttctgggg ttttctcttc gttttctgta actgaaacct aaaatttgac 900
ctaaaaaaaa tctcaaataa tatgattcag tggttttgta cttttcagtt agttgagttt 960
tgcagttccg atgagataaa ccaatattaa tccaaactac tgcagcctga cagacaaatg 1020
aggatgcaaa caattttaaa gtttatctaa cgctagctgt tttgtttctt ctctctggtg 1080
caccaacgac ggcgttttct caatcataaa gaggcttgtt ttacttaagg ccaataatgt 1140
tgatggatcg aaagaagagg gcttttaata aacgagcccg tttaagctgt aaacgatgtc 1200
aaaaacatcc cacatcgttc agttgaaaat agaagctctg tttatatatt ggtagagtcg 1260
actaagagat tgtgcaagaa ttggagccac cggttttaga gctagaaata gcaagttaaa 1320
ataaggctag tccgttatca acttgaaaaa gtggcaccga gtcggtgctt ttttttgcaa 1380
aattttccag atcgatttct tcttcctctg ttcttcggcg ttcaatttct ggggttttct 1440
cttcgttttc tgtaactgaa acctaaaatt tgacctaaaa aaaatctcaa ataatatgat 1500
tcagtggttt tgtacttttc agttagttga gttttgcagt tccgatgaga taaaccaata 1560
agcttgcatg cctgcaggtc aacatggtgg agcacgacac acttgtctac tccaaaaata 1620
tcaaagatac agtctcagaa gaccaaaggg caattgagac ttttcaacaa agggtaatat 1680
ccggaaacct cctcggattc cattgcccag ctatctgtca ctttattgtg aagatagtgg 1740
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atgcctctgc cgacagtggt cccaaagatg gacccccacc cacgaggagc atcgtggaaa 1860
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acgacacact tgtctactcc aaaaatatca aagatacagt ctcagaagac caaagggcaa 1980
ttgagacttt tcaacaaagg gtaatatccg gaaacctcct cggattccat tgcccagcta 2040
tctgtcactt tattgtgaag atagtggaaa aggaaggtgg ctcctacaaa tgccatcatt 2100
gcgataaagg aaaggccatc gttgaagatg cctctgccga cagtggtccc aaagatggac 2160
ccccacccac gaggagcatc gtggaaaaag aagacgttcc aaccacgtct tcaaagcaag 2220
tggattgatg tgatatctcc actgacgtaa gggatgacgc acaatcccac tatccttcgc 2280
aagacccttc ctctatataa ggaagttcat ttcatttgga gaggacctcg acctcaacac 2340
aacatataca aaacaaacga atctcaagca atcaagcatt ctacttctat tgcagcaatt 2400
taaatcattt cttttaaagc aaaagcaatt ttctgaaaat tttcaccatt tacgaacgat 2460
actcgagtaa tctagatgga ttacaaggac cacgacgggg attacaagga ccacgacatt 2520
gattacaagg atgatgatga caagatggct ccgaagaaga agaggaaggt tggcatccac 2580
ggggtgccag ctgctgacaa gaagtactcg atcggcctcg atattgggac taactctgtt 2640
ggctgggccg tgatcaccga cgagtacaag gtgccctcaa agaagttcaa ggtcctgggc 2700
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gagacggctg aggctacgcg gctcaagcgc accgcccgca ggcggtacac gcgcaggaag 2820
aatcgcatct gctacctgca ggagattttc tccaacgaga tggcgaaggt tgacgattct 2880
ttcttccaca ggctggagga gtcattcctc gtggaggagg ataagaagca cgagcggcat 2940
ccaatcttcg gcaacattgt cgacgaggtt gcctaccacg agaagtaccc tacgatctac 3000
catctgcgga agaagctcgt ggactccaca gataaggcgg acctccgcct gatctacctc 3060
gctctggccc acatgattaa gttcaggggc catttcctga tcgaggggga tctcaacccg 3120
gacaatagcg atgttgacaa gctgttcatc cagctcgtgc agacgtacaa ccagctcttc 3180
gaggagaacc ccattaatgc gtcaggcgtc gacgcgaagg ctatcctgtc cgctaggctc 3240
tcgaagtctc ggcgcctcga gaacctgatc gcccagctgc cgggcgagaa gaagaacggc 3300
ctgttcggga atctcattgc gctcagcctg gggctcacgc ccaacttcaa gtcgaatttc 3360
gatctcgctg aggacgccaa gctgcagctc tccaaggaca catacgacga tgacctggat 3420
aacctcctgg cccagatcgg cgatcagtac gcggacctgt tcctcgctgc caagaatctg 3480
tcggacgcca tcctcctgtc tgatattctc agggtgaaca ccgagattac gaaggctccg 3540
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gcgctggtca ggcagcagct ccccgagaag tacaaggaga tcttcttcga tcagtcgaag 3660
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aagccgattc tggagaagat ggacggcacg gaggagctgc tggtgaagct caatcgcgag 3780
gacctcctga ggaagcagcg gacattcgat aacggcagca tcccacacca gattcatctc 3840
ggggagctgc acgctatcct gaggaggcag gaggacttct accctttcct caaggataac 3900
cgcgagaaga tcgagaagat tctgactttc aggatcccgt actacgtcgg cccactcgct 3960
aggggcaact cccgcttcgc ttggatgacc cgcaagtcag aggagacgat cacgccgtgg 4020
aacttcgagg aggtggtcga caagggcgct agcgctcagt cgttcatcga gaggatgacg 4080
aatttcgaca agaacctgcc aaatgagaag gtgctcccta agcactcgct cctgtacgag 4140
tacttcacag tctacaacga gctgactaag gtgaagtatg tgaccgaggg catgaggaag 4200
ccggctttcc tgtctgggga gcagaagaag gccatcgtgg acctcctgtt caagaccaac 4260
cggaaggtca cggttaagca gctcaaggag gactacttca agaagattga gtgcttcgat 4320
tcggtcgaga tctctggcgt tgaggaccgc ttcaacgcct ccctggggac ctaccacgat 4380
ctcctgaaga tcattaagga taaggacttc ctggacaacg aggagaatga ggatatcctc 4440
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aagacgatcc tcgacttcct gaagagcgat ggcttcgcga accgcaattt catgcagctg 4680
attcacgatg acagcctcac attcaaggag gatatccaga aggctcaggt gagcggccag 4740
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attctgcaga ccgtgaaggt tgtggacgag ctggtgaagg tcatgggcag gcacaagcct 4860
gagaacatcg tcattgagat ggcccgggag aatcagacca cgcagaaggg ccagaagaac 4920
tcacgcgaga ggatgaagag gatcgaggag ggcattaagg agctggggtc ccagatcctc 4980
aaggagcacc cggtggagaa cacgcagctg cagaatgaga agctctacct gtactacctc 5040
cagaatggcc gcgatatgta tgtggaccag gagctggata ttaacaggct cagcgattac 5100
gacgtcgatc atatcgttcc acagtcattc ctgaaggatg actccattga caacaaggtc 5160
ctcaccaggt cggacaagaa ccggggcaag tctgataatg ttccttcaga ggaggtcgtt 5220
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ttcgataacc tcacaaaggc tgagaggggc gggctctctg agctggacaa ggcgggcttc 5340
atcaagaggc agctggtcga gacacggcag atcactaagc acgttgcgca gattctcgac 5400
tcacggatga acactaagta cgatgagaat gacaagctga tccgcgaggt gaaggtcatc 5460
accctgaagt caaagctcgt ctccgacttc aggaaggatt tccagttcta caaggttcgg 5520
gagatcaaca attaccacca tgcccatgac gcgtacctga acgcggtggt cggcacagct 5580
ctgatcaaga agtacccaaa gctcgagagc gagttcgtgt acggggacta caaggtttac 5640
gatgtgagga agatgatcgc caagtcggag caggagattg gcaaggctac cgccaagtac 5700
ttcttctact ctaacattat gaatttcttc aagacagaga tcactctggc caatggcgag 5760
atccggaagc gccccctcat cgagacgaac ggcgagacgg gggagatcgt gtgggacaag 5820
ggcagggatt tcgcgaccgt caggaaggtt ctctccatgc cacaagtgaa tatcgtcaag 5880
aagacagagg tccagactgg cgggttctct aaggagtcaa ttctgcctaa gcggaacagc 5940
gacaagctca tcgcccgcaa gaaggactgg gatccgaaga agtacggcgg gttcgacagc 6000
cccactgtgg cctactcggt cctggttgtg gcgaaggttg agaagggcaa gtccaagaag 6060
ctcaagagcg tgaaggagct gctggggatc acgattatgg agcgctccag cttcgagaag 6120
aacccgatcg atttcctgga ggcgaagggc tacaaggagg tgaagaagga cctgatcatt 6180
aagctcccca agtactcact cttcgagctg gagaacggca ggaagcggat gctggcttcc 6240
gctggcgagc tgcagaaggg gaacgagctg gctctgccgt ccaagtatgt gaacttcctc 6300
tacctggcct cccactacga gaagctcaag ggcagccccg aggacaacga gcagaagcag 6360
ctgttcgtcg agcagcacaa gcattacctc gacgagatca ttgagcagat ttccgagttc 6420
tccaagcgcg tgatcctggc cgacgcgaat ctggataagg tcctctccgc gtacaacaag 6480
caccgcgaca agccaatcag ggagcaggct gagaatatca ttcatctctt caccctgacg 6540
aacctcggcg cccctgctgc tttcaagtac ttcgacacaa ctatcgatcg caagaggtac 6600
acaagcacta aggaggtcct ggacgcgacc ctcatccacc agtcgattac cggcctctac 6660
gagacgcgca tcgacctgtc tcagctcggg ggcgacaagc ggccagcggc gacgaagaag 6720
gcggggcagg cgaagaagaa gaagtgagct cagagctttc gttcgtatca tcggtttcga 6780
caacgttcgt caagttcaat gcatcagttt cattgcgcac acaccagaat cctactgagt 6840
ttgagtatta tggcattggg aaaactgttt ttcttgtacc atttgttgtg cttgtaattt 6900
actgtgtttt ttattcggtt ttcgctatcg aactgtgaaa tggaaatgga tggagaagag 6960
ttaatgaatg atatggtcct tttgttcatt ctcaaattaa tattatttgt tttttctctt 7020
atttgttgtg tgttgaattt gaaattataa gagatatgca aacattttgt tttgagtaaa 7080
aatgtgtcaa atcgtggcct ctaatgaccg aagttaatat gaggagtaaa acacttgtag 7140
ttgtaccatt atgcttattc actaggcaac aaatatattt tcagacctag aaaagctgca 7200
aatgttactg aatacaagta tgtcctcttg tgttttagac atttatgaac tttcctttat 7260
gtaattttcc agaatccttg tcagattcta atcattgctt tataattata gttatactca 7320
tggatttgta gttgagtatg aaaatatttt ttaatgcatt ttatgacttg ccaattgatt 7380
gacaacgaat tcgtaatcat gtcatagctg tttcctgtgt gaaattgtta tccgctcaca 7440
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agcagcttgc caacatggtg gagcacgaca ctctcgtcta ctccaagaat atcaaagata 7680
cagtctcaga agaccaaagg gctattgaga cttttcaaca aagggtaata tcgggaaacc 7740
tcctcggatt ccattgccca gctatctgtc acttcatcaa aaggacagta gaaaaggaag 7800
gtggcaccta caaatgccat cattgcgata aaggaaaggc tatcgttcaa gatgcctctg 7860
ccgacagtgg tcccaaagat ggacccccac ccacgaggag catcgtggaa aaagaagacg 7920
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gtctactcca agaatatcaa agatacagtc tcagaagacc aaagggctat tgagactttt 8040
caacaaaggg taatatcggg aaacctcctc ggattccatt gcccagctat ctgtcacttc 8100
atcaaaagga cagtagaaaa ggaaggtggc acctacaaat gccatcattg cgataaagga 8160
aaggctatcg ttcaagatgc ctctgccgac agtggtccca aagatggacc cccacccacg 8220
aggagcatcg tggaaaaaga agacgttcca accacgtctt caaagcaagt ggattgatgt 8280
gatatctcca ctgacgtaag ggatgacgca caatcccact atccttcgca agacccttcc 8340
tctatataag gaagttcatt tcatttggag aggacacgct gaaatcacca gtctctctct 8400
acaaatctat ctctctcgag ctttcgcaga tctgtcgatc gaccatgggg attgaacaag 8460
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cacaacagac aatcggctgc tctgatgccg ccgtgtttcg gctgtcagcg caggggcgcc 8580
cggttctttt tgtcaagacc gacctgtccg gtgccctgaa tgaactccag gacgaggcag 8640
cgcggctatc gtggctggcc acgacgggcg ttccttgcgc agctgtgctc gacgttgtca 8700
ctgaagcggg aagggactgg ctgctattgg gcgaagtgcc ggggcaggat ctcctgtcat 8760
ctcaccttgc tcctgccgag aaagtatcca tcatggctga tgcaatgcgg cggctgcata 8820
cgcttgatcc ggctacctgc ccattcgacc accaagcgaa acatcgcatc gagcgagcac 8880
gtactcggat ggaagccggt cttgtcgatc aggatgatct ggacgaagag catcaggggc 8940
tcgcgccagc cgaactgttc gccaggctca aggcgcgcat gcccgacggc gaggatctcg 9000
tcgtgacaca tggcgatgcc tgcttgccga atatcatggt ggaaaatggc cgcttttctg 9060
gattcatcga ctgtggccgg ctgggtgtgg cggaccgcta tcaggacata gcgttggcta 9120
cccgtgatat tgctgaagag cttggcggcg aatgggctga ccgcttcctc gtgctttacg 9180
gtatcgccgc tcccgattcg cagcgcatcg ccttctatcg ccttcttgac gagttcttct 9240
gagcgggact ctggggttcg gatcgatcct ctagctagag tcgatcgaca agctcgagtt 9300
tctccataat aatgtgtgag tagttcccag ataagggaat tagggttcct atagggtttc 9360
gctcatgtgt tgagcatata agaaaccctt agtatgtatt tgtatttgta aaatacttct 9420
atcaataaaa tttctaattc ctaaaaccaa aatccagtac taaaatccag atcccccgaa 9480
ttaattcggc gttaattcag tacattaaaa acgtccgcaa tgtgttatta agttgtctaa 9540
gcgtcaattt gtttacacca caatatatcc tgccaccagc cagccaacag ctccccgacc 9600
ggcagctcgg cacaaaatca ccactcgata caggcagccc atcagtccgg gacggcgtca 9660
gcgggagagc cgttgtaagg cggcagactt tgctcatgtt accgatgcta ttcggaagaa 9720
cggcaactaa gctgccgggt ttgaaacacg gatgatctcg cggagggtag catgttgatt 9780
gtaacgatga cagagcgttg ctgcctgtga tcaccgcggt ttcaaaatcg gctccgtcga 9840
tactatgtta tacgccaact ttgaaaacaa ctttgaaaaa gctgttttct ggtatttaag 9900
gttttagaat gcaaggaaca gtgaattgga gttcgtcttg ttataattag cttcttgggg 9960
tatctttaaa tactgtagaa aagaggaagg aaataataaa tggctaaaat gagaatatca 10020
ccggaattga aaaaactgat cgaaaaatac cgctgcgtaa aagatacgga aggaatgtct 10080
cctgctaagg tatataagct ggtgggagaa aatgaaaacc tatatttaaa aatgacggac 10140
agccggtata aagggaccac ctatgatgtg gaacgggaaa aggacatgat gctatggctg 10200
gaaggaaagc tgcctgttcc aaaggtcctg cactttgaac ggcatgatgg ctggagcaat 10260
ctgctcatga gtgaggccga tggcgtcctt tgctcggaag agtatgaaga tgaacaaagc 10320
cctgaaaaga ttatcgagct gtatgcggag tgcatcaggc tctttcactc catcgacata 10380
tcggattgtc cctatacgaa tagcttagac agccgcttag ccgaattgga ttacttactg 10440
aataacgatc tggccgatgt ggattgcgaa aactgggaag aagacactcc atttaaagat 10500
ccgcgcgagc tgtatgattt tttaaagacg gaaaagcccg aagaggaact tgtcttttcc 10560
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atcagggagg atatcgggga agaacagtat gtcgagctat tttttgactt actggggatc 10740
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tttccgaagg taactggctt cagcagagcg cagataccaa atactgtcct tctagtgtag 11040
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gagtgagctg ataccgctcg ccgcagccga acgaccgagc gcagcgagtc agtgagcgag 11640
gaagcggaag agcgcctgat gcggtatttt ctccttacgc atctgtgcgg tatttcacac 11700
cgcatatggt gcactctcag tacaatctgc tctgatgccg catagttaag ccagtataca 11760
ctccgctatc gctacgtgac tgggtcatgg ctgcgccccg acacccgcca acacccgctg 11820
acgcgccctg acgggcttgt ctgctcccgg catccgctta cagacaagct gtgaccgtct 11880
ccgggagctg catgtgtcag aggttttcac cgtcatcacc gaaacgcgcg aggcagggtg 11940
ccttgatgtg ggcgccggcg gtcgagtggc gacggcgcgg cttgtccgcg ccctggtaga 12000
ttgcctggcc gtaggccagc catttttgag cggccagcgg ccgcgatagg ccgacgcgaa 12060
gcggcggggc gtagggagcg cagcgaccga agggtaggcg ctttttgcag ctcttcggct 12120
gtgcgctggc cagacagtta tgcacaggcc aggcgggttt taagagtttt aataagtttt 12180
aaagagtttt aggcggaaaa atcgcctttt ttctctttta tatcagtcac ttacatgtgt 12240
gaccggttcc caatgtacgg ctttgggttc ccaatgtacg ggttccggtt cccaatgtac 12300
ggctttgggt tcccaatgta cgtgctatcc acaggaaaca gaccttttcg acctttttcc 12360
cctgctaggg caatttgccc tagcatctgc tccgtacatt aggaaccggc ggatgcttcg 12420
ccctcgatca ggttgcggta gcgcatgact aggatcgggc cagcctgccc cgcctcctcc 12480
ttcaaatcgt actccggcag gtcatttgac ccgatcagct tgcgcacggt gaaacagaac 12540
ttcttgaact ctccggcgct gccactgcgt tcgtagatcg tcttgaacaa ccatctggct 12600
tctgccttgc ctgcggcgcg gcgtgccagg cggtagagaa aacggccgat gccgggatcg 12660
atcaaaaagt aatcggggtg aaccgtcagc acgtccgggt tcttgccttc tgtgatctcg 12720
cggtacatcc aatcagctag ctcgatctcg atgtactccg gccgcccggt ttcgctcttt 12780
acgatcttgt agcggctaat caaggcttca ccctcggata ccgtcaccag gcggccgttc 12840
ttggccttct tcgtacgctg catggcaacg tgcgtggtgt ttaaccgaat gcaggtttct 12900
accaggtcgt ctttctgctt tccgccatcg gctcgccggc agaacttgag tacgtccgca 12960
acgtgtggac ggaacacgcg gccgggcttg tctcccttcc cttcccggta tcggttcatg 13020
gattcggtta gatgggaaac cgccatcagt accaggtcgt aatcccacac actggccatg 13080
ccggccggcc ctgcggaaac ctctacgtgc ccgtctggaa gctcgtagcg gatcacctcg 13140
ccagctcgtc ggtcacgctt cgacagacgg aaaacggcca cgtccatgat gctgcgacta 13200
tcgcgggtgc ccacgtcata gagcatcgga acgaaaaaat ctggttgctc gtcgcccttg 13260
ggcggcttcc taatcgacgg cgcaccggct gccggcggtt gccgggattc tttgcggatt 13320
cgatcagcgg ccgcttgcca cgattcaccg gggcgtgctt ctgcctcgat gcgttgccgc 13380
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tgtaccgggc cggatggttt gcgaccgctc acgccgattc ctcgggcttg ggggttccag 13500
tgccattgca gggccggcag gcaacccagc cgcttacgcc tggccaaccg cccgttcctc 13560
cacacatggg gcattccacg gcgtcggtgc ctggttgttc ttgattttcc atgccgcctc 13620
ctttagccgc taaaattcat ctactcattt attcatttgc tcatttactc tggtagctgc 13680
gcgatgtatt cagatagcag ctcggtaatg gtcttgcctt ggcgtaccgc gtacatcttc 13740
agcttggtgt gatcctccgc cggcaactga aagttgaccc gcttcatggc tggcgtgtct 13800
gccaggctgg ccaacgttgc agccttgctg ctgcgtgcgc tcggacggcc ggcacttagc 13860
gtgtttgtgc ttttgctcat tttctcttta cctcattaac tcaaatgagt tttgatttaa 13920
tttcagcggc cagcgcctgg acctcgcggg cagcgtcgcc ctcgggttct gattcaagaa 13980
cggttgtgcc ggcggcggca gtgcctgggt agctcacgcg ctgcgtgata cgggactcaa 14040
gaatgggcag ctcgtacccg gccagcgcct cggcaacctc accgccgatg cgcgtgcctt 14100
tgatcgcccg cgacacgaca aaggccgctt gtagccttcc atccgtgacc tcaatgcgct 14160
gcttaaccag ctccaccagg tcggcggtgg cccatatgtc gtaagggctt ggctgcaccg 14220
gaatcagcac gaagtcggct gccttgatcg cggacacagc caagtccgcc gcctggggcg 14280
ctccgtcgat cactacgaag tcgcgccggc cgatggcctt cacgtcgcgg tcaatcgtcg 14340
ggcggtcgat gccgacaacg gttagcggtt gatcttcccg cacggccgcc caatcgcggg 14400
cactgccctg gggatcggaa tcgactaaca gaacatcggc cccggcgagt tgcagggcgc 14460
gggctagatg ggttgcgatg gtcgtcttgc ctgacccgcc tttctggtta agtacagcga 14520
taaccttcat gcgttcccct tgcgtatttg tttatttact catcgcatca tatacgcagc 14580
gaccgcatga cgcaagctgt tttactcaaa tacacatcac ctttttagac ggcggcgctc 14640
ggtttcttca gcggccaagc tggccggcca ggccgccagc ttggcatcag acaaaccggc 14700
caggatttca tgcagccgca cggttgagac gtgcgcgggc ggctcgaaca cgtacccggc 14760
cgcgatcatc tccgcctcga tctcttcggt aatgaaaaac ggttcgtcct ggccgtcctg 14820
gtgcggtttc atgcttgttc ctcttggcgt tcattctcgg cggccgccag ggcgtcggcc 14880
tcggtcaatg cgtcctcacg gaaggcaccg cgccgcctgg cctcggtggg cgtcacttcc 14940
tcgctgcgct caagtgcgcg gtacagggtc gagcgatgca cgccaagcag tgcagccgcc 15000
tctttcacgg tgcggccttc ctggtcgatc agctcgcggg cgtgcgcgat ctgtgccggg 15060
gtgagggtag ggcgggggcc aaacttcacg cctcgggcct tggcggcctc gcgcccgctc 15120
cgggtgcggt cgatgattag ggaacgctcg aactcggcaa tgccggcgaa cacggtcaac 15180
accatgcggc cggccggcgt ggtggtgtcg gcccacggct ctgccaggct acgcaggccc 15240
gcgccggcct cctggatgcg ctcggcaatg tccagtaggt cgcgggtgct gcgggccagg 15300
cggtctagcc tggtcactgt cacaacgtcg ccagggcgta ggtggtcaag catcctggcc 15360
agctccgggc ggtcgcgcct ggtgccggtg atcttctcgg aaaacagctt ggtgcagccg 15420
gccgcgtgca gttcggcccg ttggttggtc aagtcctggt cgtcggtgct gacgcgggca 15480
tagcccagca ggccagcggc ggcgctcttg ttcatggcgt aatgtctccg gttctagtcg 15540
caagtattct actttatgcg actaaaacac gcgacaagaa aacgccagga aaagggcagg 15600
gcggcagcct gtcgcgtaac ttaggacttg tgcgacatgt cgttttcaga agacggctgc 15660
actgaacgtc agaagccgac tgcactatag cagcggaggg gttggatcaa agtactttga 15720
tcccgagggg aaccctgtgg ttggcatgca catacaaatg gacgaacgga taaacctttt 15780
cacgcccttt taaatatccg attattctaa 15810
<210> 9
<211> 42
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 9
tgtacgatgg ttctgctctg tcgttttaga gctagaaata gc 42
<210> 10
<211> 44
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 10
aaccggtggc tccaattctt gcacaatctc ttagtcgact ctac 44
<210> 11
<211> 40
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 11
atatatggtc tcgattgtac gatggttctg ctctgtcgtt 40
<210> 12
<211> 40
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 12
attattggtc tcgaaaccgg tggctccaat tcttgcacaa 40
<210> 13
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 13
atggctccgt gtcgtacg 18
<210> 14
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 14
tcaatgagga tgagagtc 18
<210> 15
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 15
tgtaaaacga cggccagt 18
<210> 16
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 16
caggaaacag ctatgacc 18
<210> 17
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 17
tgtcccagga ttagaatgat taggc 25
<210> 18
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 18
agccctcttc tttcgatcca tcaac 25
<210> 19
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 19
ttaatccaaa ctactgcagc ctgac 25
<210> 20
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 20
tgcaggagat tttctccaac ga 22
<210> 21
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 21
agccttcgta atctcggtgt tca 23
Claims (8)
1.一种用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的CRISPR/Cas9系统序列元件组,其特征在于,所述序列元件组包括U6-26p-Target1-gRNA、U6-26p-Target2-gRNA和根据密码子优化后的Cas9基因;所述U6-26p-Target1-gRNA包括启动子U6-26p,gRNA骨架结构和Target1;所述U6-26p-Target2-gRNA包括启动子U6-26p,gRNA骨架结构,Target2;
其中,所述甘蓝型油菜BnHBBD基因包括BnHBBD-C06和BnHBBD-A07,所述Target1为基因BnHBBD-C06的靶点序列,所述Target2为基因BnHBBD-A07的靶点序列;所述Target1的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.1所示;
所述Target2的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.2所示;
所述sgRNA的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.3所示。
2.根据权利要求1所述的用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的CRISPR/Cas9系统序列元件组,其特征在于,
BnHBBD-C06的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6所示;
BnHBBD-A07的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.7所示。
3.一种基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR,其特征在于,所述基因编辑载体包含权利要求1或2任一项所述的用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的CRISPR/Cas9系统序列元件组。
4.一种用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的基因工程菌,其特征在于,所述基因工程菌采用权利要求3所述的基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR转化宿主细菌得到。
5.一种用于甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒包括权利要求3所述的基因编辑载体或权利要求4所述的基因工程菌。
6.权利要求1或2任一所述的序列元件组、权利要求3所述的基因编辑载体pKSE401- BnHBBD-CRISPR、权利要求4所述的基因工程菌或权利要求5所述的试剂盒的应用,其特征在于,所述应用包括:
A)在甘蓝型油菜基因BnHBBD-C06和/或基因BnHBBD-A07定点突变中的应用,
所述BnHBBD-C06基因的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6所示,所述BnHBBD-A07基因的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.7所示;
B)在具有长开花期的甘蓝型油菜育种中的应用;和/或
C)在具有抗菌核病的甘蓝型油菜育种中的应用;和/或
D)在具有角果不易开裂的甘蓝型油菜育种中的应用。
7.一种利用CIRSPR/Cas9系统对甘蓝型油菜BnHBBD基因定点突变的方法,其特征在于,包括:
(1)针对甘蓝型油菜中的BnHBBD基因设计筛选靶点Target1和Target2,并设计sgRNA序列,将2个靶点Target1和Target2分别与sgRNA序列连接,构建出双靶点基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR;
(2)将基因编辑载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR转化农杆菌GV3101,得到含有基因编辑表达载体pKSE401-BnHBBD-CRISPR的农杆菌;
(3)扩大培养,利用得到的农杆菌菌液介导油菜下胚轴转化;
(4)油菜下胚轴培养、诱导愈伤组织、再分化、生根培养、炼苗、移栽,得到转基因油菜;
(5)鉴定获得BnHBBD基因发生突变的转基因植株;
所述Target1的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.1所示,
所述Target2的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.2所示,
所述sgRNA的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.3所示。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述甘蓝型油菜BnHBBD基因包括BnHBBD- C06和BnHBBD-A07,所述Target1为基因BnHBBD-C06的靶点序列,所述Target2为基因BnHBBD-A07的靶点序列,
所述BnHBBD-C06的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.4所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.6所示,
所述BnHBBD-A07的核苷酸序列如SEQ.ID.NO.5所示,氨基酸序列如SEQ.ID.NO.7所示。
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