水稻CRK1蛋白及其编码基因的应用

专利2026-03-03  7


本发明属于水稻分子育种领域,具体涉及水稻crk1蛋白及其编码基因的应用。


背景技术:

1、水稻是全球重要的三大粮食作物,其产量约占我国粮食总产量的40%,是我国人民的主要粮食来源。保持和提高水稻的产量对于确保国家粮食安全和国民经济发展起着至关重要的作用。

2、植物的生长发育过程中,极端气候会对其产生不利影响,导致作物产量下降。水稻作为定植生物,植物无法通过改变自身的位置来躲避外界环境的温度胁迫。植物在高温和低温下,会通过减少叶面积、关闭气孔,来维持叶片高水分的状态。高温、低温作为重要的非生物逆境因子之一,通过挖掘并解析耐温性的关键基因及其分子调控机制,对培育同时耐高温和耐低温作物品种具有重要的理论指导和实践意义。

3、ca2+作为重要的第二信使,是植物触发热胁迫响应和冷胁迫响应不可或缺的初始信号分子,温度胁迫引起的ca2+信号变化被特定的传感器/受体识别和感知,传感器/受体与ca2+结合会使自身蛋白结构发生改变,从而促进其与靶标蛋白之间的互作或增强其酶活性,进一步激发下游的转录和代谢反应。钙离子依赖型蛋白激酶cdpk/cpk(ca2+-dependentprotein kinase,包含一些cdpk-related kinase即crk)是植物中已被鉴定到的重要ca2+信号传感器之一。尽管ca2+及其通道参与调控温度胁迫响应已被广泛研究,但crk1共调控高温和低温胁迫反应的分子机制,以及该功能是否和温度胁迫下气孔运动相关还未被研究清楚。


技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供水稻crk1蛋白或其编码基因在提高植物耐高温和耐低温中应用,同时过表达水稻基因crk1还可以同时提高水稻苗期的耐热和耐冷性,利于水稻抗温度胁迫的遗传改良。

2、为了实现上述之发明目的,本发明提供以下技术方案。

3、第一方面,本发明提供了编码水稻crk1蛋白的核酸,所述核酸编码水稻crk1蛋白,所述水稻crk1蛋白包含如seq id no:3所示的氨基酸序列。

4、进一步地,所述核酸包含seq id no:1所示的核苷酸序列或其简并序列。

5、进一步地,所述核酸包含seq id no:2所示的核苷酸序列或其简并序列。

6、第二方面

7、本发明提供了水稻crk1蛋白或水稻crk1蛋白的编码基因的应用,所述应用为以下一种或多种,

8、a)调节植物叶片在温度胁迫条件下的气孔开度;

9、b)调节植物在温度胁迫条件下的失水率;

10、c)同时提高植物耐高温和耐低温双重非生物胁迫能力;

11、d)培育同时具有耐高温和耐低温双重非生物胁迫能力的植物品种。

12、进一步地,所述a)具体为,

13、在植物中过表达所述水稻crk1基因诱导植物在温度胁迫条件下的叶片气孔关闭,

14、在植物中降低所述水稻crk1基因的表达降低植物在温度胁迫条件下的叶片气孔的关闭速度。

15、进一步地,所述b)具体为,

16、在植物中过表达所述水稻crk1基因降低植物在温度胁迫条件下的失水率,

17、在植物中降低所述水稻crk1基因的表达提高植物在温度胁迫条件下的失水率。

18、进一步地,所述温度胁迫为高温或低温;所述高温为48℃,所述低温为6℃。

19、进一步地,所述c)具体为,

20、在植物中过表达所述水稻crk1基因提高植物的抗高温和抗低温性能,

21、在植物中降低所述水稻crk1基因的表达降低植物的抗高温和抗低温性能。

22、进一步地,所述编码基因crk1的cds序列如seq id no.1所示,所述水稻crk1蛋白的编码基因的核苷酸序列如seq id no.2所示。

23、进一步地,所述水稻crk1蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。

24、进一步地,所述过表达所述水稻crk1基因包括以下步骤,

25、(1)构建含有所述水稻crk1基因的cds的重组过表达载体;

26、(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。

27、进一步地,所述降低所述水稻crk1基因的表达包括以下步骤,

28、(1)构建含有所述水稻crk1基因的突变体的重组表达载体;

29、(2)将所述的重组表达载体转化到植物组织或植物细胞中。

30、进一步地,所述突变体通过crispr基因编辑技术获得。

31、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。

32、进一步地,所述突变体为,靶标1在距离起始密码子403bp~407bp位置处缺5bp,靶标2在距离起始密码子501bp位置插入1bp,导致其蛋白序列在第184aa位置产生一个提前终止的密码子。

33、进一步地,所述突变体为,靶标1和靶标2之间插入和缺失多个碱基,导致其蛋白序列在第184aa位置产生一个提前终止的密码子。

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crk1基因能够显著诱导水稻在高温和低温胁迫下的气孔关闭,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crk1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和耐低温双重逆境胁迫能力,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.编码水稻crk1蛋白的核酸,其特征在于,所述核酸编码水稻crk1蛋白,所述水稻crk1蛋白包含如seq id no:3所示的氨基酸序列。

2.根据权利要求1所述的核酸,其特征在于,所述核酸包含seq id no:1所示的核苷酸序列或其简并序列。

3.根据权利要求1所述的核酸,其特征在于,所述核酸包含seq id no:2所示的核苷酸序列或其简并序列。

4.水稻crk1蛋白或其编码核酸的应用,其特征在于,所述应用为以下一种或多种,

5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述a)具体为,

6.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述b)具体为,

7.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述c)具体为,

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crk1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crk1基因的表达包括以下步骤,

10.根据权利要求4-9任一所述的应用,其特征在于,所述编码基因的cds序列如seq idno.1所示,所述水稻crk1蛋白的编码基因的核苷酸序列如seq id no.2所示,所述水稻crk1蛋白的氨基酸序列如seq id no.3所示。


技术总结
本发明公开了水稻CRK1蛋白及其编码基因的应用,本发明分别采用过表达和CRISPR敲除技术将水稻CRK1基因在水稻中进行过表达或敲除突变,根据转基因水稻植株的表型变化发现,在水稻中过表达CRK1基因能够显著改善水稻抗高温和低温的能力,因此,水稻CRK1蛋白及其编码基因能够应用于提高植物对于温度胁迫抗性,包括:调节植物叶片在温度胁迫条件下的的气孔开度;调节植物在温度胁迫条件下的失水率;同时提高植物耐高温和耐低温双重非生物胁迫能力;培育同时具有耐高温和耐低温双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,华健,邹保红
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:2024/12/17
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