水稻OsRbohI基因在促进水稻生长中的应用

本发明涉及生物工程，具体涉及水稻osrbohi基因在促进水稻生长中的应用。

背景技术：

1、水稻是世界上最重要的粮食作物之一，是世界上超过一半人口的重要热量来源，人口的快速增长对水稻生产提出了更高的要求，培育高产和优质的水稻也是植物育种工作者最重要的目标。水稻产量不仅取决于穗数、粒重、每穗的粒数，也受水稻株高和生长状态的影响。其中，水稻粒形作为一种复杂的农艺性状，对水稻产量也起着间接作用。在育种应用中，谷粒大小是决定粒重的主要因素，粒重与粒长、粒宽和粒厚等特征呈正相关。因此，了解粒径的遗传和分子基础对水稻改良具有重要意义。除此之外，矮杆会提高植株的抗倒性、耐密性、耐肥性以及产量，因此，发掘矮秆稻种资源并应用于品种改良显得尤为重要，而根系在植物生长周期中扮演着重要的角色，其不仅负责吸收养分及水分，也帮助植物固着于土壤中，影响植物对外界环境的响应，因此，基于根系发育影响作物生产的潜力，优化根系结构对促成下一场绿色革命显得尤为重要。总而言之，通过发掘和鉴定控制水稻生长发育的基因，利用现代生物学技术改良水稻株型培育优良品种，达到提高水稻产量的目的，对于水稻生产方面具有的理论意义和应用价值。

2、活性氧(ros)是体内一类氧的单电子还原产物，是极具活性和氧化性的含氧物的总称，包括超氧阴离子(o2-)、过氧化氢(h2o2)、羟基自由基(·oh)和单线态氧(1o2)等。自大约2.5亿年前出现了缺氧的光合生物以来，ros被认为在植物生物学中发挥着双重作用。虽然一直以来人们认为ros对细胞是有毒的，但一系列证据证明，ros在特定水平上能够作为普遍存在的信号分子来调节植物发育和胁迫适应。目前相关研究也表明，ros对植物有益或有害的影响确实是与ros水平的特定阈值有关。为了调节植物的生物学过程，ros水平的改变不应超过氧化还原生物和细胞毒性或细胞抑制水平之间的阈值界限。因此，过低或过高的ros水平会影响植物的正常生长，而将ros水平保持在适当的范围内能够促进植物的生长和发育。

3、ros产生的部位和途径是多种多样的，如叶绿体的光合作用，线粒体有氧呼吸途径的最后阶段(氧化磷酸化)，过氧化物酶体的光呼吸和质膜氧化还原酶系统等。其中，质膜氧化还原酶系统的关键组成部分之一是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadph)氧化酶，也被称为呼吸爆发氧化酶同源物(rboh)，它存在于几乎所有动物和植物的质膜系统中。1996年，从水稻中克隆出第一个植物nadph氧化酶基因，命名为rboha。随后，在拟南芥、番茄、烟草和马铃薯等其他植物中相继发现了rboh基因。到目前为止，已经分别在水稻和拟南芥中确定了9个和10个rboh基因。研究表明，呼吸爆发氧化酶同源物(rbohs)编码的nadph氧化酶产生的ros在植物生长发育中发挥有益作用，如种子萌发、花粉管的发育、芽的生长和根发育。

4、由于水稻osrbohs家族的功能域组成是多种多样的，所以它们在胁迫响应和/或正常生长发育中具有不同的功能和调控机制。根据系统发育分析，osrbohi是水稻rbohs家族中最新进化的基因。研究发现蛋白osrbohi的氨基酸序列与atrbohd最为相似，序列同源性为66％。其中，atrbohd参与了许多发育过程和应激反应，如气孔关闭、系统信号传导、病原体、损伤和盐胁迫等生长发育过程。而osrbohi基因在水稻调控生长发育中的功能未见报道。

5、因此，利用现代生物技术手段在水稻中构建转基因植株，改变水稻株高、根系和籽粒大小，对于提高作物产量具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了水稻osrbohi基因在促进水稻生长中的应用，目的是提供一个水稻osrbohi基因在水稻生长发育，特别是调控水稻株高发育，根系和籽粒大小中的作用，在水稻中敲除该基因，能够导致植株矮化，根系变短，籽粒变小，过表达该基因，能够适当增加株高，根系增长，籽粒变大，这对于提高作物产量具有重要作用。

2、本发明提供了水稻osrbohi基因在促进水稻生长中的应用。促进水稻生长可以是提高水稻产量，和/或增高水稻株系高度、根系长度增长、籽粒变大。

3、优选的，所述osrbohi基因的碱基序列如seq id no.1所示。

4、本发明还提供了一种调控水稻株系高度、根系长度或籽粒粒型的方法，当需要增高水稻株高、根系增长或籽粒变大时，将水稻中的osrbohi基因过表达；当需要降低水稻株高、根系变短或籽粒变小时，将水稻中的osrbohi基因沉默或敲除。

5、本发明还提供了一种提高作物产量的方法，在作物中过表达osrbohi基因，所述作物为单子叶植物。

6、优选的，所述作物为水稻。

7、优选的，所述osrbohi基因的碱基序列如seq id no.1所示。

8、所述的方法，具体包括以下步骤：

9、(1)构建过表达osrbohi基因载体，将osrbohi基因序列插入到植物表达载体中；

10、(2)将步骤(1)过表达osrbohi基因载体导入水稻的细胞中进行过表达，培养后获得转基因植株。

11、优选的，所述植物表达载体为pun1301。

12、步骤(2)中将过表达osrbohi基因载体转入农杆菌基因工程菌后，侵染水稻的细胞；所述农杆菌基因工程菌为农杆菌eha105菌株。

13、优选的，农杆菌侵染的细胞来源为水稻种子诱导的愈伤组织。

14、所述水稻的品种可以为日本晴(nipponbare)，但不仅限于日本晴。

15、本发明具备的有益效果：

16、通过克隆水稻osrbohi基因，并在水稻中进行遗传转化，过量表达水稻osrbohi基因，能够提高水稻株高和根系长度，增加籽粒大小。通过设计osrbohi基因的敲除靶点构建基因敲除载体，并在水稻中进行遗传转化，发现osrbohi基因功能的丧失能够导致植株矮化，根系变短以及籽粒变小。借助基因工程技术改变水稻株型和粒型农艺性状，对于提高作物生产具有重要的研究意义。

17、基于水稻与其他单子叶植物的密切关系，本发明中水稻osrbohi基因能够调控水稻生长发育，特别是调控水稻株高、根系发育和籽粒大小中的作用。这个研究结果也可以应用到其他单子叶植物中引起株型和粒型的改变。

技术特征：

1.水稻osrbohi基因在促进水稻生长中的应用。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述osrbohi基因的碱基序列如seq id no.1所示。

3.一种调控水稻株系高度、根系长度或籽粒粒型的方法，其特征在于，当需要增高水稻株高、根系增长或籽粒变大时，将水稻中的osrbohi基因过表达；当需要降低水稻株高、根系变短或籽粒变小时，将水稻中的osrbohi基因沉默或敲除。

4.一种提高作物产量的方法，其特征在于，在作物中过表达osrbohi基因，所述作物为单子叶植物。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述作物为水稻。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述osrbohi基因的碱基序列如seq id no.1所示。

7.如权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述植物表达载体为pun1301。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中将过表达osrbohi基因载体转入农杆菌基因工程菌后，侵染水稻的细胞；所述农杆菌基因工程菌为农杆菌eha105菌株。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，农杆菌侵染的细胞来源为水稻种子诱导的愈伤组织。

技术总结
本发明公开水稻OsRbohI基因在促进水稻生长中的应用，涉及生物工程技术领域。本发明通过克隆水稻OsRbohI基因，并在水稻中进行遗传转化，过量表达水稻OsRbohI基因，能够提高水稻株高和根系长度，增加籽粒大小；OsRbohI基因功能的丧失能够导致植株矮化，根系变短以及籽粒变小。借助基因工程技术改变水稻株型和粒型农艺性状，对于提高作物生产具有重要的研究意义。基于水稻与其他单子叶植物的密切关系，本发明中水稻OsRbohI基因能够调控水稻生长发育，特别是调控水稻株高、根系发育和籽粒大小中的作用。这个研究结果也可以应用到其他单子叶植物中引起株型和粒型的改变。

技术研发人员：甘银波,戚佳璇,杨帅淇,阿里·拉扎·汗,吴君宇
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12