一种控制水稻低直链淀粉含量的新等位基因及其应用的制作方法

文档序号:16016308发布日期:2018-11-20 21:34阅读:155来源:国知局
一种控制水稻低直链淀粉含量的新等位基因及其应用的制作方法

本发明涉及一种控制水稻低直链淀粉含量的新等位基因wxc39及其应用,属于分子遗传学领域。

二、背景技术

直链淀粉含量是稻米蒸煮食味品质的重要影响因素。一般而言,直链淀粉含量20%以上的稻米品种食味差,直链淀粉在15%~20%以下食味较好。近年来,直链淀粉含量介于5%~12%的软米,由于其米饭具有软而不烂、甜润爽口、膨化性好、富有弹性、冷后不易变硬、回生程度小等优点,而具有广泛的市场(张昌泉等,中国农业科学,2016,49(22):4267-4283)。

我国软米种植主要分布于西南地区,尤其是云南。云南地区历史上就种植软米品种,其性状基因为野生稻中自然变异所产生的,并由当地百姓的食用习惯得以保留。其中以毫民、毫屁为典型代表,是历代向朝廷进贡的佳品,解放后被列为国家优质上等米,常用以招待贵宾(liu等,plantmolecularbiology,2009,71(6):609-626)。在云南,已经培育出银光、云粳20号、云粳29号、云粳优4号、楚粳39等一系列优质软米品种。据统计,近年来我国软米主要分布在西南地区,占我国软米总量的53%,其次是华中和华南地区,华东、东北、华北、西北等地种植面积较少。随着江苏、东北对软米育种、发展的日益重视,预计华东和东北地区的面积会大幅增加,所占的比例也会加大。

楚粳39是我们从云南资源筛选获得的一个软米材料,该品种目前已在云南生产上推广应用。楚粳39的大米外观混浊乳白色,通过本发明研究发现该品种的wx基因发生移码突变,但直链淀粉含量仍然能够达到5%左右,米质介于糯米和粘米之间,属于软米类型。利用新的软米资源,寻找新的低直链淀粉含量调控基因,对于丰富软米调控基因库及解析软米形成机制具有重要的理论和实践意义。

三、

技术实现要素:

技术问题:

本发明旨在提供一种控制水稻低直链淀粉含量的新等位基因及其应用,能在控制水稻低直链淀粉含量育种中应用。

技术方案:

本发明提供了一种水稻直链淀粉含量相关基因wxc39,其在基因登录号是eu770319的水稻waxy基因编码区第2外显子的第129至139位核苷酸缺失,其含有如seqidno.1所示的基因序列和如seqidno.2所示的编码区序列。

本发明还公开了一种wxc39所编码的蛋白,其含有如seqidno.3所示的氨基酸序列。

本发明所述的基因可以在水稻品种改良中得到应用。

有益效果:

目前尚未有waxy基因该等位变异的报道。本发明研究发现楚粳39在基因登录号是eu770319的waxy(wx)基因编码区第129至139位核苷酸缺失(图3),序列如seqidno.1所示。该突变造成转录产物的翻译移码,同时导致蛋白质翻译提前终止。因此,楚粳39的waxy基因是在wxb类型基础上发生的新等位变异,命名为wxc39

本发明提供一种水稻直链淀粉含量相关的蛋白质及其编码该蛋白质的基因wxc39。该基因编码一个结合在淀粉粒上的淀粉合成酶基因gbssi,是直链淀粉含量的主要调控基因,对稻米的蒸煮食味品质起着关键作用。携带wxc39纯合基因型的水稻植株,直链淀粉含量在5%左右,属于软米类型。

通过本发明研究发现该品种的wx基因发生移码突变,但直链淀粉含量仍然能够达到5%左右,米质介于糯米和粘米之间,属于软米类型。利用新的软米资源,寻找新的低直链淀粉含量调控基因,对于丰富软米调控基因库及解析软米形成机制具有重要的理论和实践意义。

利用楚粳39与苏垦118的杂交种所结f2种子发芽,提取叶片基因组,对部分单株的wx基因进行测序发现,表现为乳白色的单株都携带wxc39wxc39基因型,表现为半透明的单株携带wxbwxc39和wxbwxb两种基因型,wxc39基因与胚乳乳白色表型完全共分离。利用杂交、回交等常规技术手段,将该基因转育到其它水稻品种中,可以培育新的软米材料。

四、附图说明

图1稻米外观示意图

图2稻米横截面i2-ki染色

a为未染色截面图,b为i2-ki染色后截面图

图3wx基因序列比对

nipponbare为日本晴,chujing39为楚粳39

图4不同世代的胚乳外观表型

图5wxc39等位基因在不同组织中的表达

白色柱子表示日本晴,黑色柱子表示楚粳39

五、具体实施方式

下面将结合具体实施步骤对本发明的实施方案进行详细描述。实施步骤中未注明具体条件者,按常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂和仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市场购买获得的常规产品。具体实施步骤如下:

1、试验材料

苏御糯、楚粳39、南粳9108和苏垦118均为公知公用材料,江苏省农业种质资源库可免费提供。楚粳39是我们从云南资源筛选获得的一个软米材料。具体参考文献为:吴竞仑等,江苏农业科学,1992,(3):6-8;徐加平等,农业科技通讯,2016,(05):167-1;王才林等,江苏农业科学,2013,41(09):86-88;杨杰等,江苏农业科学,2017,45(21):79-81。

2、稻米外观和直链淀粉含量测定

将种子去除颖壳和糊粉层,发现楚粳39稻米不透明,呈现混浊乳白色,接近于糯稻品种苏玉糯(图1),苏垦118稻米为半透明。稻米的i2-ki染色结果发现,糯稻品种苏御糯染色后呈褐色,而楚粳39、南粳9108和苏垦118均呈现深紫色(图2)。进一步比较楚粳39、糯稻、软米和粳稻的直链淀粉含量发现,楚粳39在南京和楚雄的直链淀粉含量分别为4.5%和4.7%,高于糯稻品种苏御糯(直链淀粉含量为2.7%),低于软米品种南粳9108(直链淀粉含量为9.3%)和粳稻品种苏垦118(直链淀粉含量为13.9%)(表1)。因此,楚粳39属于低直链淀粉含量品种,在云南和江苏地区种植的楚粳39直链淀粉含量在4-5%。

表1直链淀粉含量

3、遗传分析

以楚粳39为母本,苏垦118为父本配制杂交组合,收获f0;将f0种植后,收获种子f1,观察f0和f1胚乳表型。f0胚乳为半透明,表明半透明相对于乳白色为显性。对498个f1收获种子的胚乳进行表型鉴定,发现370个表现为半透明,发现128个表现为乳白色,经卡方检验(χ2=0.0825<χ20.05,1),半透明与乳白色分离比符合3:1,表明楚粳39胚乳的乳白色表型是由单一核基因控制的隐性性状。

4、基因克隆

wx基因是调控水稻淀粉含量的主效基因,我们首先对它进行测序。用ctab法提取楚粳39叶片的基因组。以提取的基因组dna为模板,进行pcr扩增。扩增所用上游引物为5’-cggtgcccaacagaaaccaca-3’,下游引物为5’-cacccagaagagtacaacat-3’。pcr体系为dna模板(20ngμl-1)2μl,10×pcrbuffer2μl,mgcl2(5mmoll-1)2μl,dntp(2mmoll-1)2μl,上游引物(2μmoll-1)2μl,下游引物(2μmoll-1)2μl,taqdna聚合酶(5uμl-1)0.2μl,ddh2o7.8μl。扩增条件为94℃5min;94℃30s,55℃30s,72℃4min,35个循环;72℃延伸10min,结束反应。在eppendorfmastercycle热循环仪中进行pcr。扩增产物经琼脂糖凝胶电泳分离,切胶回收目的条带,送往南京擎科生物科技有限公司测序。利用bioxm2.6软件将楚粳39序列与数据库中基因登录号是eu770319的日本晴的wx基因进行序列比对,发现楚粳39的wx基因第一内含子的首位碱基为t,属于wxb类型。此外,楚粳39在wx基因编码区第129至139位核苷酸缺失(图3),序列如seqidno.1所示。该突变造成转录产物的翻译移码,同时导致蛋白质翻译提前终止。目前尚未有wx基因该等位变异的报道。因此,楚粳39的wx基因是在wxb类型基础上发生的新等位变异,命名为wxc39

5、wxc39基因与胚乳乳白色性状共分离

测序结果表明,楚粳39携带wxc39wxc39基因型,苏垦118携带wxbwxb基因型。利用楚粳39与苏垦118的杂交种所结f2种子发芽,提取叶片基因组,对部分单株的wx基因进行测序发现,表现为乳白色的单株都携带wxc39wxc39基因型,表现为半透明的单株携带wxbwxc39和wxbwxb两种基因型,wxc39基因与胚乳乳白色表型完全共分离,进一步证实wxc39基因即为楚粳39胚乳乳白色性状的调控基因。利用杂交、回交等常规技术手段,将该基因转育到其它水稻品种中,可以培育新的软米材料。

6、楚粳39的wxc39基因转录本分析

提取楚粳39胚乳中的rna并反转录成cdna。以cdna为模板,进行pcr扩增。扩增所用上游引物为5’-accattccttcagttctttgt-3’,下游引物为5’-tcaaggagcagccacgttct-3’。pcr体系为dna模板(20ngμl-1)2μl,10×pcrbuffer2μl,mgcl2(5mmoll-1)2μl,dntp(2mmoll-1)2μl,上游引物(2μmoll-1)2μl,下游引物(2μmoll-1)2μl,taqdna聚合酶(5uμl-1)0.2μl,ddh2o7.8μl。扩增条件为94℃5min;94℃30s,55℃30s,72℃3.5min,35个循环;72℃延伸10min,结束反应。在eppendorfmastercycle热循环仪中进行pcr。扩增产物经琼脂糖凝胶电泳分离,切胶回收目的条带,送往南京擎科生物科技有限公司测序。利用bioxm2.6软件将楚粳39的cdna序列与楚粳39的基因序列进行比对,发现楚粳39的wx基因能产生两种转录产物,分别如seqidno.2和seqidno.3所示。seqidno.2转录本全长为3118bp,其第一内含子未剪切掉。seqidno.3转录本全长为1997bp,其第一内含子已剪切。楚粳39的wx基因剪接模式与已报道的日本晴(wxb)相同(wang等,plantjournal,1995,7(4):613-622),剪切产物的差异只在于楚粳39编码区第129至139位核苷酸的缺失。该差异导致楚粳39的wx基因的翻译提前终止,其氨基酸序列如seqidno.4所示。

7、楚粳39的wxc39基因的组织表达谱分析

提取楚粳39和日本晴的剑叶、未灌浆的幼穗和灌浆期的胚乳的rna,反转录为cdna,以osactin-1为内参基因,用定量pcr鉴定wx基因的表达量。如图5所示,在楚粳39和日本晴中,wx基因都是在胚乳中的表达量最高,约是剑叶中表达量的90倍。与日本晴相比,楚粳39wx基因在剑叶和灌浆期的胚乳中的表达差异不显著,而在未灌浆幼穗中的表达显著降低,表明第129至139位核苷酸的缺失未影响wx基因在胚乳中的表达量。

seqidno.1

wxc39基因dna:

accattccttcagttctttgtctatctcaagacacaaataactgcagtctctctctctctctctctctctctctctctctctgcttcacttctctgcttgtgttgttctgttgttcatcaggaagaacatctgcaagttatacatatatgtttataattctttgtttcccctcttattcagatcgatcacatgcatctttcattgctcgtttttccttacaagtagtctcatacatgctaatttctgtaaggtgttgggctggaaattaattaattaattaattgacttgccaagatccatatatatgtcctgatattaaatcttcgttcgttatgtttggttaggctgatcaatgttattctagagtctagagaaacacacccaggggttttccaactagctccacaagatggtgggctagctgacctagatttgaagtctcactccttataattattttatattagatcattttctaatattcgtgtctttttttattctagagtctagatcttgtgttcaactctcgttaaatcatgtctctcgccactggagaaacagatcaggagggtttattttgggtataggtcaaagctaagattgaaattcacaaatagtaaaatcagaatccaaccaattttagtagccgagttggtcaaaggaaaatgtatatagctagatttattgttttggcaaaaaaaaatctgaatatgcaaaatacttgtatatctttgtattaagaagatgaaaataagtagcagaaaattaaaaaatggattatatttcctgggctaaaagaattgttgatttggcacaattaaattcagtgtcaaggttttgtgcaagaattcagtgtgaaggaatagattctcttcaaaacaatttaatcattcatctgatctgctcaaagctctgtgcatctccgggtgcaacggccaggatatttattgtgcagtaaaaaaatgtcatatcccctagccacccaagaaactgctccttaagtccttataagcacatatggcattgtaatatatatgtttgagttttagcgacaatttttttaaaaacttttggtcctttttatgaacgttttaagtttcactgtctttttttttcgaattttaaatgtagcttcaaattctaatccccaatccaaattgtaataaacttcaattctcctaattaacatcttaattcatttatttgaaaaccagttcaaattcttttaggctcaccaaaccttaaacaattcaattcagtgcagagatcttccacagcaacagctagacaaccaccatgtcggctctcaccacgtcccagctcgccacctcggccaccggcttcggcatcgccgacaggtcggcgccgtcgtcgctgctccgccacgggttccagggcctcaagccccgcagccccgccggcggcgctcagcgtgacgaccagcgcgcgcgcgacgcccaagcagcagcggtcggtgcagcgtggcagccggaggttcccctccgtcgtcgtgtacgccaccggcgccggcatgaacgtcgtgttcgtcggcgccgagatggccccctggagcaagaccggcggcctcggtgacgtcctcggtggcctcccccctgccatggctgtaagcacacacaaacttcgatcgctcgtcgtcgctgaccgtcgtcgtcttcaactgttcttgatcatcgcattggatggatgtgtaatgttgtgttcttgtgttctttgcaggcgaatggccacagggtcatggtgatctctcctcggtacgaccagtacaaggacgcttgggataccagcgttgtggctgaggtaggagcatatgcgtgatcagatcatcacaagatcgattagctttagatgatttgttacatttcgcaagattttaacccaagtttttgtggtgcaattcattgcagatcaaggttgcagacaggtacgagagggtgaggtttttccattgctacaagcgtggagtcgaccgtgtgttcatcgaccatccgtcattcctggagaaggtggagtcatcattagtttaccttttttgtttttactgaattattaacagtgcatttagcagttggactgagcttagcttccactggtgatttcaggtttggggaaagaccggtgagaagatctacggacctgacactggagttgattacaaagacaaccagatgcgtttcagccttctttgccaggtcagtgattacttctatctgatgatggttggaagcatcacgagtttaccatagtatgtatggattcataactaattcgtgtattgatgctacctgcaggcagcactcgaggctcctaggatcctaaacctcaacaacaacccatacttcaaaggaacttatggtgagttacaattgatctcaagatcttataactttcttcgaaggaatccatgatgatcagactaattccttccggtttgttactgacaacaggtgaggatgttgtgttcgtctgcaacgactggcacactggcccactggcgagctacctgaagaacaactaccagcccaatggcatctacaggaatgcaaaggtctatgcttgttcttgccataccaactcaaatctgcatgcacactgcattctgttcagaaactgactgtctgaatctttttcactgcaggttgctttctgcatccacaacatctcctaccagggccgtttcgctttcgaggattaccctgagctgaacctctccgagaggttcaggtcatccttcgatttcatcgacgggtatgagtaagattctaagagtaacttactgtcaattcgccatatatcgattcaatccaagatccttttgagctgacaaccctgcactactgtccatcgttcaaatccggttaaatttcaggtatgacacgccggtggagggcaggaagatcaactggatgaaggccggaatcctggaagccgacagggtgctcaccgtgagcccgtactacgccgaggagctcatctccggcatcgccaggggatgcgagctcgacaacatcatgcggctcaccggcatcaccggcatcgtcaacggcatggacgtcagcgagtgggatcctagcaaggacaagtacatcaccgccaagtacgacgcaaccacggtaagaacgaatgcattcttcacaagatatgcaatctgaattttctttgaaaaagaaattatcatctgtcacttcttgattgattctgacaaggcaagaatgagtgacaaatttcaggcaatcgaggcgaaggcgctgaacaaggaggcgttgcaggcggaggcgggtcttccggtcgacaggaaaatcccactgatcgcgttcatcggcaggctggaggaacagaagggccctgacgtcatggccgccgccatcccggagctcatgcaggaggacgtccagatcgttcttctggtataatataatacactacaagacacacttgcacgatatgccaaaaattcagaacaaattcagtggcaaaaaaaaaactcgaatattagggaaggacctaataatatcaaataattagaaggggtgaggctttgaacccagatcgtctagtccaccaccttgtggagttagccggaagacctctgagcatttctcaattcagtggcaaatgatgtgtataattttgatccgtgtgtgtttcagggtactggaaagaagaagttcgagaagctgctcaagagcatggaggagaagtatccgggcaaggtgagggccgtggtgaagttcaacgcgccgcttgctcatctcatcatggccggagccgacgtgctcgccgtccccagccgcttcgagccctgtggactcatccagctgcaggggatgagatacggaacggtatacaatttccatctatcaattcgattgttcgatttcatctttgtgcaatgcaatgcaattgcaaatgcaaatgcatgatgattttccttgttgatttctccagccctgtgcttgcgcgtccaccggtgggctcgtggacacggtcatcgaaggcaagactggtttccacatgggccgtctcagcgtcgacgtaagcctatacatttacataacaatcagatatgacacatcctaataccgataagtcggtacactactacacatttacatggttgctggttatatggtttttttggcagtgcaaggtggtggagccaagcgacgtgaagaaggtggcggccaccctgaagcgcgccatcaaggtcgtcggcacgccggcgtacgaggagatggtcaggaactgcatgaaccaggacctctcctggaaggtataaattacgaaacaaatttaacccaaacatatactatatactccctccgcttctaaatattcaacgccgttgtcttttttaaatatgtttgaccattcgtcttattaaaaaaattaaataattataaattcttttcctatcatttgattcattgttaaatatacttatatgtatacatatagttttacatatttcataaaattttttgaacaagacgaacggtcaaacatgtgctaaaaagttaacggtgtcgaatattcagaaacggagggagtataaacgtcttgttcagaagttcagagattcacctgtctgatgctgatgatgattaattgtttgcaacatggatttcaggggcctgcgaagaactgggagaatgtgctcctgggcctgggcgtcgccggcagcgcgccggggatcgaaggcgacgagatcgcgccgctcgccaaggagaacgtggctgctccttgaagagcctgagatctacatatggagtgattaattaatatagcagtatatggatgagagacgaatgaaccagtggtttgtttgttgtagtgaatttgtagctatagccaa

seqidno.2

wxc39cdna-1:

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seqidno.3

wxc39cdna-2:

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seqidno.4

wxc39编码的氨基酸序列:

msalttsqlatsatgfgiadrsapssllrhgfqglkprspaggaqrddqrardaqaaavgaawqpevplrrrvrhrrrherrvrrrrdgpleqdrrpr

序列表

<110>江苏省农业科学院

楚雄彝族自治州农业科学院

<120>一种控制水稻低直链淀粉含量的新等位基因及其应用

<141>2018-06-21

<160>6

<170>siposequencelisting1.0

<210>1

<211>4874

<212>dna

<213>水稻(oryzasativa)

<400>1

accattccttcagttctttgtctatctcaagacacaaataactgcagtctctctctctct60

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