CN114369599B - 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用 - Google Patents

一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114369599B
CN114369599B CN202210084633.XA CN202210084633A CN114369599B CN 114369599 B CN114369599 B CN 114369599B CN 202210084633 A CN202210084633 A CN 202210084633A CN 114369599 B CN114369599 B CN 114369599B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rice
caryopsis
lncrna
gene
xloc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210084633.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114369599A (zh
Inventor
王英典
韩生成
王晗梦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Normal University
Original Assignee
Beijing Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Normal University filed Critical Beijing Normal University
Priority to CN202210084633.XA priority Critical patent/CN114369599B/zh
Publication of CN114369599A publication Critical patent/CN114369599A/zh
Priority to PCT/CN2022/126969 priority patent/WO2023142549A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114369599B publication Critical patent/CN114369599B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/113Non-coding nucleic acids modulating the expression of genes, e.g. antisense oligonucleotides; Antisense DNA or RNA; Triplex- forming oligonucleotides; Catalytic nucleic acids, e.g. ribozymes; Nucleic acids used in co-suppression or gene silencing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2310/00Structure or type of the nucleic acid
    • C12N2310/10Type of nucleic acid
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/146Genetically Modified [GMO] plants, e.g. transgenic plants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种增加水稻产量的长链非编码RNA基因及其应用。该水稻长链非编码RNA(lncRNA)基因,命名为XLOC_050158,其在初级颖果开花后5天时高表达,在次级颖果开花后12天高表达,属于典型的水稻颖果发育中期延迟表达lncRNA。通过构建XLOC_050158的过表达水稻并观察其表型发现,过表达水稻次级颖果的粒重增大,并接近于初级颖果的粒重,而过表达水稻的株高、穗长和单穗总颖花数、初级颖花数与次级颖花数均没有明显变化。本发明为获得高产水稻提供了重要的科学依据和技术支撑。

Description

一种增加水稻产量的长链非编码RNA基因及其应用
技术领域
本发明涉及一种改善水稻产量构成因素而显著提高产量的长链非编码RNA(lncRNA),特别涉及调控水稻次级颖果发育状态而增加其粒重的lncRNA及其应用。
背景技术
水稻是重要的粮食作物,占我国粮食总产的三分之一以上。因此,增加水稻产量对确保我国粮食安全与可持续性发展具有十分重要的战略意义。水稻库容量(产量潜力)的扩增是实现其超高产的重要前提。近十余年间,我国、日本及国际水稻研究所等国内外诸多研究机构,已成功培育出许多新的短秆穗重型和大粒型的新株型水稻,其库容量获得极大增加,从而奠定了超高产的潜力基础。这些超高产潜力水稻品种拥有良好的株型与冠层结构,又具有优异的单叶光合生产力,从而决定了它们高的物质生产能力。然而,超高潜力水稻产量水平的实现被其次级颖果发育所形成籽粒的充实性所左右和限制。研究表明,相较于初级颖果而言,水稻次级颖果胚乳细胞的增殖速率、胚乳细胞数目及后期物质蓄积速率明显低下,成为导致水稻次级颖果充实率低下进而影响产量水平实现的根本原因。
贾生华等(Journal of Plant Physiology,2021,256:153310)利用高通量测序技术对水稻开花后0、5、12和20天的初级与次级颖果进行全转录组水平的基因表达分析,获得了次级颖果中比初级颖果同期表达延迟的基因。对这些延迟表达基因进行功能富集分析,发现生长素信号通路调控基因存在显著富集,暗示生长素可能是影响这些基因在次级颖果延迟表达的关键信号。进一步对次级颖果进行开花前生长素外施实验处理,结果表明外施生长素使得次级颖果胚乳细胞增殖速率加大、籽粒长度宽度增加和籽粒重量明显增加,而且延迟表达基因的整体表达模式也明显恢复。昌姝等(PLoS Genetics,2020,16:e1009157)针对初级和次级颖果发育早期(开花后0天和5天)的表达基因进行了系统性比较分析,对其中一个延迟表达基因——天冬氨酸蛋白酶1基因(OsAsp1)进行了系统研究。结果表明,初级与次级颖果中OsAsp1差异性表达决定了初次级颖果中生长素含量的差异,而这一过程是由OsAsp1与生长素合成关键基因OsTAA1转录抑制因子(OsTIFs)的互作,解除OsTIF1对OsTAA1转录抑制实现的。同时,生长素可以解除OsTIF1与OsAsp1互作,使OsTIF1从内质网转移入核,形成反馈抑制通路抑制OsTAA1转录,从而达到精细调控初级与次级颖果间生长素水平的差异。另外,水稻开花后OsAsp1的转录受开花当天初级颖果中高水平的生长素通过转录因子OsMADS29激活来实现的。由此形成了生长素-MADS29-OsAsp1-OsTIF1-OsTAA1-生长素的反馈调控环通路,决定了初级与次级颖果中生长素含量的差异分布,从而最终决定了初级与次级颖果籽粒重量的差异。在该项研究中,虽然发现osasp1突变体次级颖果粒重与初级颖果接近,但由于突变体为纯合致死导致其结实率下降,因此不能实现使水稻产量增加的目标。
随着高通量测序技术的发展,越来越多lncRNA的功能被解析,揭示了其在植物生长与生殖发育过程、生物胁迫与非生物胁迫响应中发挥重要作用。有研究报道,某些lncRNAs参与调控水稻颖果发育并影响籽粒大小与重量。然而,关于调控水稻初级与次级颖果差异性发育的lncRNA未见任何报道。
发明内容
本发明的目的在于寻找一种调控水稻颖果籽粒发育并能够提高次级颖果粒重的相关lncRNA,进而提供一种提高水稻产量的应用价值性功能基因及有效方法与技术。
本发明利用高通量测序技术获得了水稻颖果发育不同时期(开花后0天、5天、12天和20天)的lncRNAs表达谱数据,通过比较四个时期初级与次级颖果中lncRNAs的表达模式,进一步鉴定出在不同时期次级颖果中延迟表达的lncRNAs,并对其中一个lncRNA——XLOC_050158的功能进行了系统研究。
本发明的研究发现,水稻中过表达XLOC_050158可以使水稻次级颖果粒重增加,从而改善次级颖果的充实率及千粒重而达到增产目的。通过转基因技术构建XLOC_050158过表达水稻植株,对其表型分析发现,与野生型植株相比,这些转基因水稻在株高、穗长和颖花数方面无明显差异。然而,次级颖果的粒重与初级颖果接近。由此推测,利用转基因技术过表达XLOC_050158,可为实现水稻增产提供重要的科学依据。鉴于该lncRNA的应用价值及其利用潜力的应用前景,有必要通过专利加以保护。
本发明提供的用于水稻增产的lncRNA,来源于水稻粳稻品种中花11(Oryzasativa L.subspecies japonica cv.Zhonghua11),其基因命名为XLOC_050158,其碱基序列为:
5’-CTCGCGTTCCTGGTGCTGAGCTCGCCGCCGCAGTCAGCGGCGAGCCGCGTCGACGTCTTGAAGGAAGTAGTAGCAGGCGAGCCACCAGCTGCGGCCATCGAACCAGTTGTCAACGATCCGTCGTCGTCGCCGCCGCCGGCGGTGGCGGCGGTGGTCCACACGTCGGAGCCATGGCCGCCGGTGCCTCCGTCGGCCCCGTCAAACAAGTTCAACTAGCTCACCAGCCGCTACCACCAGGATGTCCGGTCGCTGTGATTCGGCGGACGTCGCCGGAGACGATGGCCGGACAGTCACCGTCATTTCTTGATTCAGATAAAATCATAAAAAGCTTGCATTTGAGCAAGCCGTATAGGTGTTTGTGCGAGGAGTGCTTCTATGCTCTACTGGAGAGAAAAATCTTCAGATTTTAG-3’(SEQ ID No:1)
含有上述lncRNA基因的表达盒、重组载体、转基因细胞系或宿主菌都在本发明的保护范围内。
基于上述lncRNA基因,本发明提供了一种提高水稻产量的方法,具体是:将所述lncRNA基因XLOC_050158导入水稻细胞、组织或器官,再将被转化的水稻细胞、组织或器官培育成植株,使所述lncRNA基因XLOC_050158在水稻中过表达,得到产量提高的转基因水稻。
所述lncRNA基因XLOC_050158通过植物表达载体导入水稻细胞、组织或器官。用于构建所述植物表达载体的出发载体可为任意一种可用于根瘤农杆菌或发根农杆菌转化植物的双元载体或可用于植物微弹轰击的载体等。在本发明的实施例中,用于构建所述植物表达载体的出发载体为以pCAMBIA系列载体为骨架的pBWA(V)HU(购自武汉伯远生物科技有限公司,http://www.biorun.com/bioHosts/hosts.html);将所述lncRNA基因XLOC_050158的表达载体pBWA(V)HU-OE-XLOC_050158通过电击转入农杆菌中,用其侵染水稻愈伤组织,再将被转化的水稻愈伤组织培育成植株。
所述植物表达载体包含所述lncRNA的基因序列和与该基因序列操作性相连的表达调控序列。所述表达调控序列包括一种组成性或诱导性启动子。在本发明的实施例中,采用了组成性启动子玉米Ubiquitin启动子驱动所述lncRNA基因在水稻中过表达。
为了便于对转基因植物进行鉴定及筛选,可在所用植物表达载体中加入可在植物中表达具有抗性的抗生素标记基因,例如新霉素磷酸转移酶(NPTII)基因、潮霉素磷酸转移酶(Hygromycin phosphotransferase)基因等,在本发明的实施例中,筛选标记基因为潮霉素磷酸转移酶(Hygromycin phosphotransferase)基因。
优选的,携带有本发明lncRNA基因的植物表达载体可通过农杆菌介导方法转化水稻愈伤组织,并进行生根和发芽诱导,培育成植株。
在本发明的实施例中,经上述方法进行筛选获得转基因材料后,采用潮霉素筛选鉴定插入基因的分离比例,符合3:1分离的单插入转基因植株为候选材料。后经实时定量PCR对转基因植株进行基因表达水平检测,以确定其是否转化有目的基因。转基因材料经连续三代培养后获得高表达目标基因的单插入纯合水稻植株,用于表型分析。
水稻颖果发育经历了授粉后的胚与胚乳细胞的增殖与分化等形态建成时期、物质蓄积与转化和种子成熟等过程,而水稻次级颖果呈现出比初级颖果发育滞后的时相差异。为了使获得的水稻初级和次级颖果lncRNA表达与颖果发育时相一致,本发明以颖果开花当天作为颖果发育的起始,分别选择了水稻颖果开花后0、5、12和20天的初级与次级颖果进行了ssRNA-seq测序及分析。通过对初级与次级颖果4个发育时期转录组表达谱的K-means聚类比较,筛选出在初级颖果开花后5天及次级颖果开花后12天高表达的lncRNA-XLOC_050158。利用转基因与表型鉴定等技术手段,实施了XLOC_050158过表达植株的遗传转化,经qRT-PCR实验对XLOC_050158表达水平进行验证,并统计植物生长及颖果发育状况等表型。结果表明,相比于野生型(WT),过表达植株OE1和OE2开花后的0、5、12和20天的初级与次级颖果中XLOC_050158均呈现出高的表达水平(图1)。对初级与次级颖果的粒重进行统计分析的结果表明,XLOC_050158过表达植株OE1和OE2开花后40天次级颖果的粒重接近初级颖果的粒重(图2)。另外,XLOC_050158过表达植株OE1和OE2的株高、穗长和每穗颖花数与野生型未呈现明显差异(图3)。这些研究结果表明,XLOC_050158的过表达在不改变水稻植株生长与发育的前提下,单纯提高次级颖果的粒重达到初级颖果的水平。因此,本发明为获得高产水稻提供重要的科学依据和技术支撑。
附图说明
图1.利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测中花11野生型(WT)和两株过表达lncRNA株系OE1和OE2中lncRNA的表达。分别取开花0、5、12和20天的初级颖果(CPB)与次级颖果(CSB)为材料,提取总RNA进行表达检测;以水稻肌动蛋白基因为内参,目标基因在WT的0天相对表达设置为1.0。
图2.水稻中花11野生型(WT)和两株过表达lncRNA株系OE1和OE2的开花35天后的初级颖果(CPB)和次级颖果(CSB)粒重的比较。其中,A为随机取10粒开花35天后的初级与次级颖果的图片;B为初级与次级颖果平均粒重的统计分析,每穗随机取10粒为一组,取30个穗,共300粒种子的平均粒重。
图3.水稻中花11野生型(WT)和两株过表达lncRNA株系OE1和OE2的株高(A)、穗长(B)和每穗总颖花数、初级颖花数和次级颖花数(C)的比较。分别取30棵植株进行统计分析。
具体实施方式
下述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实验方法所用的试剂,如无特殊说明,均为自常规生化试剂公司购买得到。
植物材料:水稻粳稻品种中花11(Oryza sativa L.subspecies japonicacv.Zhonghua11)
1.水稻栽培方法
水稻栽培地为北京师范大学生命科学学院生物园稻田。四月中旬配制1%多菌灵(市售)溶液足量,浸泡水稻种子(带颖壳)过夜。次日用大量清水冲洗去除多菌灵溶液,并改为清水浸泡,每日早晚换两次清水,直至胚芽长出。将长出胚芽的种子均匀铺在育苗盘中,并铺好一薄层覆土。充分浇水后将育苗盘转移至室外塑料大棚内保温,每日早晚浇水保持水分充分。待水稻生长到2叶龄时,撤掉塑料大棚继续培养。五月中旬,待水稻生长达到3-4叶龄时,将秧苗转移到水田插秧,栽培密度为22株/平方米,每株3棵秧苗。按常规进行水田的水肥管理。
2.水稻开花后不同发育时期初次级颖果的取材
选择着生于稻穗最上三枝的一级枝梗上颖果为初级颖果,选择稻穗最底端三枝的二级枝梗上着生的颖果为次级颖果。以每日中午10时至下午1时颖壳张开为标准定义开花,用黑色记号笔在此颖壳上点黑点来标记开花后0天。在此稻穗上挂签并在标签上记录开花日期。为避免后期取材重复,每株水稻只挂一次签。提前计算好实验所需颖果数和取材日期,以保证标签足够。按预定取材时间,分别剪下带有挂签的开花后0、5、12和20天初级与次级颖果的稻穗。在冰上快速分离带有标记的颖果,每个EP管装5个颖果,写好标签在液氮速冻后保存于-80℃冰箱。
3.水稻颖果开花后不同发育时期初次级颖果总RNA提取
将8个研钵、8个研磨棒、8个量匙等洗干净用90%乙醇消毒,在液氮中预冷;预冷好的研钵用反复加液氮的方式保持低温,每个研钵里分别放10颗颖果,在低温条件下,分别将8个颖果样品迅速研磨成粉末;各取100mg研磨后的粉末放在EP管中,分别加入1mL的Trizol试剂,剧烈震荡至材料与溶液混匀,室温静置5min后,4℃12000g离心10min;将上清转移到新的EP管中,加入200μL的氯仿,充分摇匀后,4℃12000g离心15min;将上清轻轻吸到新的EP管中(宁少也不要吸到中间层),并加入等体积的预冷异丙醇,轻柔混匀,放于-20℃冰箱沉淀过夜;次日4℃12000g离心15min后弃上清,可见白色沉淀物。用DEPC处理水配制的预冷75%乙醇清洗沉淀两次,每次每EP管1mL,4℃12000g离心5min,弃去上清,在超净工作台里风干10min,用30μL的DEPC处理水溶解,用GE Nanodrop分光光度计测定RNA浓度和质量后,置于-80℃冰箱中备用。
4.水稻总RNA的纯化
在冰浴条件下,用DEPC处理水将Trizol提取的RNA样品补足至100μL,再加入350μL的溶液RK(使用前加入β-巯基乙醇),充分混匀;加入250μL的无水乙醇,充分混匀,转入吸附柱CR2中,12000rpm离心30sec,弃去收集管中的废液;向吸附柱CR2中加入500μL的漂洗液RW(使用前加入乙醇),室温静置2min,12000rpm离心30sec,弃去废液,将CR2放入收集管中;重复加入漂洗液RW操作,12000rpm离心5min,去除残余液体,将吸附柱CR2转入一个新离心管中,加20μL的DEPC处理水,室温放置2min后,12000rpm离心2min后得到纯化后的RNA,用GENanodrop分光光度计测定RNA浓度和质量后,置于于-80℃冰箱中备用。
5.逆转录RNA反应体系及其制备
将水稻开花后不同天数初次级颖果材料的RNA与全式金
Figure BDA0003487037110000062
 II One-StepgDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix试剂盒按说明书加样。
Figure BDA0003487037110000061
轻轻混匀后,放入PCR仪内,25℃孵育10min,用于qPCR则42℃15min,用于PCR则42℃30min,85℃加热5min,使TransScriptⅡRT/RI Enzyme Mix和gDNA Remover失活,产物可稀释4倍后使用。
6.XLOC_050158过表达载体构建
利用前面获得的逆转录产物为模板,利用特异引物XLOC_050158_OE-F和XLOC_050158_OE-R进行PCR,对411bp条带的电泳片段进行胶回收,与载体pBWA(V)HU进行连接。将5-10μL连接产物转化大肠杆菌感受态细胞,涂卡纳霉素抗性平皿,37℃培养12小时,进行菌斑PCR鉴定。挑取10个菌斑同时进行1.5-mL EP管接菌和PCR鉴定,鉴定引物为pubiseq+和NOSseq-R,目标条带为607bp的片段。取1-3个阳性条带对应的菌液,取100μL送样测序,其余400μL菌液接种到含有5-10mL卡纳霉素抗性LB中,试管摇菌,待测序结果出来后,对应测序正确的取一管提取质粒,得到XLOC_050158过表达载体pBWA(V)HU-OE-XLOC_050158。本实验涉及引物见下表:
Figure BDA0003487037110000071
7.XLOC_050158-OE过表达转基因植株的获得
将pBWA(V)HU-OE-XLOC_050158通过电击转入农杆菌EHA105中,28℃培养2天后挑菌斑转到YEP液体培养基中继续培养,并进行菌液PCR检测,并保存于-80℃冰箱中。用OD600=0.8含有所需载体的农杆菌悬浮液侵染水稻中花11的愈伤组织30min,之后将吸干菌液的愈伤组织置于共培养基,20℃暗培养3天。之后用无菌水和加入400mg/L头孢霉素的无菌水反复冲洗愈伤组织,沥干3h。将其转入含有400mg/L的羧苄青霉素和400mg/L的头孢霉素的选择培养基上,26℃暗培养5天,之后转到含有400mg/L的羧苄青霉素、400mg/L的头孢霉素和50mg/L潮霉素的培养基上进行选择,26℃暗培养。最后将筛选得到的抗性愈伤组织接入预分化培养基26℃暗培养5天,转入分化培养基26℃2000Lx光照培养至小苗3-5cm,再转入生根培养基直至根系健壮,植栽至试验田中。
8.实时定量PCR(quantitative Real-time PCR)检测XLOC_050158的转录水平
将水稻开花0、5、12和20天的初级与次级颖果总RNA经反转录得到的cDNA作为模板,水稻肌动蛋白基因1(OsActin1)为内参基因,检测lncRNA在不同样本中的相对表达水平,引物浓度为10μmol/L。按全式金
Figure BDA0003487037110000084
 Top Green qPCR SuperMix(+Dye II)说明书,设置3组生物学样品重复且每个样品具有3个技术重复,加样于ABI 96孔板,并贴膜。
Figure BDA0003487037110000081
96孔板吊篮离心机离心1min后,置于ABI Q6实时定量PCR仪中,按如下条件进行反应,待反应结束后,利用ABI Q6分析软件分析实验结果。
Figure BDA0003487037110000082
qRT-PCR所用引物序列见下表:
Figure BDA0003487037110000083
qRT-PCR的检测结果如图1所示,中花11野生型植株(WT)中XLOC_050158在开花后5天的初级颖果和12天的次级颖果中高表达,而且5天的初级颖果中XLOC_050158的表达水平高于12天的次级颖果。与WT相比,XLOC_050158-OE转基因材料OE1和OE2开花后的0、5、12和20天的初级与次级颖果中XLOC_050158呈现出比野生型开花后5天的初级颖果中更高的表达水平,而且初级颖果与次级颖果间XLOC_050158表达差异消失。
9.水稻植株表型观察
种植中花11野生型(WT)和XLOC_050158-OE过表达植株OE1和OE2于北京师范大学生物园稻田,待籽粒成熟后(开花后35天),进行植株表型分析。(1)粒重:待颖果开花后35天,每穗随机取10粒为一组,取30个穗的初级与次级颖果;小心去除颖壳,置于真空干燥器中干燥7天,密闭环境中称量其重量,计算每组的单粒重。利用多重比较分析数据的差异显著性。(2)株高:待水稻开花35天后成熟,测量20株水稻从茎底部到穗顶部的高度,取平均值。(3)穗长:20株水稻中各选取1穗/株,测量从穗茎节到穗顶端的长度,取平均值。(4)单穗颖花数:随机取20株水稻从中各选取1穗/株,计算每穗上的总颖花个数。以上均利用T检验进行差异显著性分析。
如图2所示,WT的初级颖果单粒重平均为28.80mg,次级颖果为18.30mg。而OE1的初级颖果单粒重平均粒重为27.38mg,次级颖果平均粒重为26.35mg;OE2的初级颖果平均粒重为28.03mg,次级颖果平均粒重为25.87mg。统计分析显示,WT的初级颖果和过表达植株的初级颖果与次级颖果的单粒重没有显著差异,但WT的次级颖果与这三者有显著差异。以上结果表明,水稻中过表达XLOC_050158后造成次级颖果粒重接近初级颖果,由此可以提高次级颖果的充实率及水稻的平均千粒重,达到使水稻增产的目的。
如图3所示,WT平均株高为109.01cm,OE1的平均株高为111.25cm,OE2的平均株高为114.25cm,三者无显著差异(图3A)。WT平均穗长为20.09cm,OE1的平均穗长为20.59cm,OE2的平均穗长为21.17cm,三者无显著差异(图3B)。这些结果表明,过表达XLOC_050158对水稻营养生长没有影响。另外,对水稻的单穗颖花数的统计结果表明,无论是初级枝梗颖花数、次级枝梗颖花数还是总的颖花数在野生型和两个过表达株系OE1和OE2都没有显著差异。综合以上结果表明,水稻中过表达XLOC_050158在没有改变其生长与发育的前提下,显著提高次级颖果的粒重,达到初级颖果粒重的水平,由此提高了次级颖果的充实率及水稻的千粒重。这些结果充分表明,XLOC_050158是一种能够增加水稻产量的长链非编码RNA基因。
SEQUENCE LISTING
<110> 北京师范大学
<120> 一种增加水稻产量的长链非编码RNA基因及其应用
<130> WX2022-02-001
<160> 9
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 410
<212> DNA
<213> Oryza sativa
<400> 1
ctcgcgttcc tggtgctgag ctcgccgccg cagtcagcgg cgagccgcgt cgacgtcttg 60
aaggaagtag tagcaggcga gccaccagct gcggccatcg aaccagttgt caacgatccg 120
tcgtcgtcgc cgccgccggc ggtggcggcg gtggtccaca cgtcggagcc atggccgccg 180
gtgcctccgt cggccccgtc aaacaagttc aactagctca ccagccgcta ccaccaggat 240
gtccggtcgc tgtgattcgg cggacgtcgc cggagacgat ggccggacag tcaccgtcat 300
ttcttgattc agataaaatc ataaaaagct tgcatttgag caagccgtat aggtgtttgt 360
gcgaggagtg cttctatgct ctactggaga gaaaaatctt cagattttag 410
<210> 2
<211> 35
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 2
cagtggtctc acaaccctcg cgttcctggt gctga 35
<210> 3
<211> 35
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 3
cagtggtctc atacactaaa atctgaagat ttttc 35
<210> 4
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 4
cctgccttca tacgctattt atttgcttgg 30
<210> 5
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 5
caagaccggc aacaggattc aatc 24
<210> 6
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 6
ggacagtcac cgtcatttct 20
<210> 7
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 7
ctcctcgcac aaacacctat 20
<210> 8
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 8
ggagcgtggt tactcattca 20
<210> 9
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 9
gtctccattt cctggtcata gtc 23

Claims (10)

1.一种调控水稻初级颖果与次级颖果差异性发育的lncRNA基因,命名为XLOC_050158,其碱基序列为序列表中SEQ ID No:1所示。
2.含有权利要求1所述lncRNA基因的表达盒、重组载体或宿主菌。
3.权利要求1所述调控水稻初级颖果与次级颖果差异性发育的lncRNA基因在培育转基因水稻中的应用,其特征在于,过表达所述lncRNA基因能显著提高水稻次级颖果的粒重。
4.如权利要求3所述的应用,其特征在于,将所述lncRNA基因XLOC_050158导入水稻细胞、组织或器官,再将被转化的水稻细胞、组织或器官培育成植株,使所述lncRNA基因XLOC_ 050158在水稻中过表达,得到产量提高的转基因水稻。
5.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述lncRNA基因XLOC_050158通过植物表达载体导入水稻细胞、组织或器官。
6.如权利要求5所述的应用,其特征在于,所述植物表达载体是pBWA(V)HU
7.如权利要求5所述的应用,其特征在于,所述植物表达载体包含所述lncRNA的基因序列和与该基因序列操作性相连的表达调控序列。
8.如权利要求7所述的应用,其特征在于,所述植物表达载体通过一种组成性或诱导性启动子驱动所述lncRNA基因XLOC_050158在水稻中过表达。
9.如权利要求8所述的应用,其特征在于,在所述植物表达载体中,通过玉米Ubiquitin启动子驱动所述lncRNA基因XLOC_050158在水稻中过表达。
10.如权利要求4所述的应用,其特征在于,携带所述lncRNA基因XLOC_050158的植物表达载体通过农杆菌介导方法转化水稻愈伤组织,并进行生根和发芽诱导,培育成植株。
CN202210084633.XA 2022-01-25 2022-01-25 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用 Active CN114369599B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210084633.XA CN114369599B (zh) 2022-01-25 2022-01-25 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用
PCT/CN2022/126969 WO2023142549A1 (zh) 2022-01-25 2022-10-24 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210084633.XA CN114369599B (zh) 2022-01-25 2022-01-25 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114369599A CN114369599A (zh) 2022-04-19
CN114369599B true CN114369599B (zh) 2023-04-21

Family

ID=81145996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210084633.XA Active CN114369599B (zh) 2022-01-25 2022-01-25 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114369599B (zh)
WO (1) WO2023142549A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114369599B (zh) * 2022-01-25 2023-04-21 北京师范大学 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用
CN114807128B (zh) * 2022-03-24 2023-09-01 四川农业大学 一种lncRNA-BTRL及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100479715B1 (ko) * 2004-07-06 2005-03-31 이병걸 기능성 정수장치
CN102115753A (zh) * 2010-12-07 2011-07-06 北京师范大学 植物耐旱相关蛋白GpLhcb5及其编码基因与应用
CN104232679A (zh) * 2009-01-28 2014-12-24 巴斯夫植物科学有限公司 具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
CN108517368A (zh) * 2017-04-21 2018-09-11 北京林业大学 利用上位性解析毛白杨LncRNA Pto-CRTG及其靶基因Pto-CAD5互作关系的方法及系统
CN111206038A (zh) * 2020-03-16 2020-05-29 南京林业大学 一种孝顺竹转录因子BmbZIP62基因及其应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110131679A2 (en) * 2000-04-19 2011-06-02 Thomas La Rosa Rice Nucleic Acid Molecules and Other Molecules Associated with Plants and Uses Thereof for Plant Improvement
CN114369599B (zh) * 2022-01-25 2023-04-21 北京师范大学 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100479715B1 (ko) * 2004-07-06 2005-03-31 이병걸 기능성 정수장치
CN104232679A (zh) * 2009-01-28 2014-12-24 巴斯夫植物科学有限公司 具有增强的产量相关性状的植物及其制备方法
CN102115753A (zh) * 2010-12-07 2011-07-06 北京师范大学 植物耐旱相关蛋白GpLhcb5及其编码基因与应用
CN108517368A (zh) * 2017-04-21 2018-09-11 北京林业大学 利用上位性解析毛白杨LncRNA Pto-CRTG及其靶基因Pto-CAD5互作关系的方法及系统
CN111206038A (zh) * 2020-03-16 2020-05-29 南京林业大学 一种孝顺竹转录因子BmbZIP62基因及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kawahara,Y.等.Oryza sativa Japonica Group DNA, chromosome 6, cultivar: Nipponbare, complete sequence.GenBank Database.2015,Accession No.AP014962.1. *
陈星等.水稻颖果总RNA提取方法的研究.北京师范大学学报(自然科学版).2005,第1卷摘要. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114369599A (zh) 2022-04-19
WO2023142549A1 (zh) 2023-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114369599B (zh) 一种增加水稻产量的长链非编码rna基因及其应用
CN108795971B (zh) miR159在改变植物根系形态中的应用
CN107177610B (zh) 一种调控种子大小的拟南芥mpk基因及增加种子大小的方法
CN111748556A (zh) SlmiR319b在调控番茄株型中的应用及重组质粒、重组菌、转基因株系
CN111424037B (zh) 一种春兰CgWRKY70基因及其应用
CN115851823B (zh) 一种春兰CgARF18基因及其应用
CN111454966B (zh) 一种春兰CgWRKY4基因及其应用
CN110951771B (zh) 春兰miR390a在控制植物根系发育中的应用
CN111304221B (zh) 一种春兰CgWRKY31基因及其应用
CN116254288B (zh) 一种春兰MIR156b基因在调控植物开花时间中的应用
CN112391403B (zh) Tgw10基因在用于改良农作物粒型性状中的应用
CN116042696B (zh) 一种春兰MIR156a基因在调控植物果实发育中的应用
CN117646028B (zh) 敲除BnaA05.RLK902基因在提高植物抗菌核病和灰霉病中的应用和分子标记
CN111304198B (zh) 春兰miR390b在控制植物营养器官发育中的应用
CN115927363B (zh) 一种春兰CgARF8基因及其应用
CN117305266B (zh) 一种与水稻抗逆相关的基因OsBDG1及其编码蛋白的应用
CN111424039B (zh) 一种春兰CgWRKY65基因及其应用
CN113174402B (zh) 一种拟南芥基因在促进植株提早开花中的应用
CN114672498B (zh) 蜻蜓凤梨AfCAL基因、克隆方法、表达载体及应用
CN111424038B (zh) 一种春兰CgWRKY40基因及其应用
CN116121298B (zh) 抑制hsrp1基因的表达在提高植物耐热性中的应用
CN111424040B (zh) 一种春兰CgWRKY21基因及其应用
CN117646028A (zh) 敲除BnaA05.RLK902基因在提高植物抗菌核病和灰霉病中的应用和分子标记
CN117721121A (zh) MtSPG9基因、蛋白及应用
CN118086326A (zh) 小麦锌指蛋白TaC3H112-6B基因在调控植物开花和抵御干旱、盐胁迫中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant