一种调控谷类作物种子休眠性的基因及其应用

本发明属于作物基因工程。更具体地，涉及一种调控谷类作物种子休眠性的基因及其应用。

背景技术：

1、穗发芽(pre-harvest sprouting，phs)是指种子在收获前已经在穗上萌芽的现象，在许多谷类作物，例如小麦、玉米、水稻等中都有存在。穗发芽通常发生在谷类作物种子灌浆中后期遇到高温高湿条件时，是影响谷类作物产量的重要灾害，不仅造成谷类作物的减产，而且会导致种子的寿命和食用品质下降。种子休眠是指在水分、温度、氧气和光照等适合萌发的环境条件下，完整有活力的成熟种子不能萌发的现象。种子休眠是一个适应性性状，能促使植物在恶劣环境下生存，与穗发芽抗性密切相关，也是谷类作物育种过程中的一个重要农艺性状，通过遗传改良的方式来提高栽培品种的穗发芽抗性是解决穗发芽这一问题的可行方法。因此，挖掘提供可调控谷类作物穗发芽及种子休眠性的基因，对于培育优良抗穗发芽谷类作物品种，改良播种品质，具有重要的意义和应用价值。

2、植物激素是调控种子休眠与萌发过程中最重要的内源因素。其中，ga(赤霉素)和aba(脱落酸)是两种最主要的调控激素，ga可以解除种子休眠，促进种子萌发；而aba诱导休眠，抑制种子萌发。例如，拟南芥突变体aba1、aba2、aba3，nced6及nced9，玉米突变体vp5、vp7、vp10、vp14及vp15，番茄突变体aba2、flc及not等都是典型的aba合成途径基因突变，这些基因的突变会导致aba合成缺陷，aba含量减少，表现出种子休眠性降低的表型；而过表达aba合成基因则增强了种子休眠性(lin et al.,2007)。aba是调控种子休眠的重要激素，在水稻等谷类作物在中，对aba的调控信息网络还不甚了解，有很大的探索空间。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有调控水稻等谷类作物种子休眠的基因较少的缺陷和不足，提供一种调控谷类作物种子休眠性的基因及其应用。

2、本发明的第一个目的是提供一种调控谷类作物种子休眠性的基因。

3、本发明的第二个目的是提供所述基因在调控谷类作物种子休眠性中的应用。

4、本发明的第三个目的是提供所述基因在创制种子休眠性增强的谷类作物株系中的应用。

5、本发明的第四个目的是提供抑制所述基因表达的试剂在调控谷类作物种子休眠性中的应用。

6、本发明的第五个目的是提供抑制所述基因表达的试剂在创制种子休眠性增强的谷类作物株系中的应用。

7、本发明的第六个目的是提供一种调控谷类作物种子休眠性的方法。

8、本发明的第七个目的是提供一种创制穗发芽抗性增强的谷类作物株系的方法。

9、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

10、本发明利用水稻弱休眠性栽培种日本晴(nipponbare)与强休眠性栽培种kasalath杂交，构建片段代换系(cssls)及种子萌发实验筛选得到了具有萌发延迟现象的q27株系。通过对q27株系进行图位克隆，从中筛选到一个与种子萌发延迟相关的候选基因，命名为sd6基因。另通过构建nipponbare背景下带有20kb的kasalath片段的sd6近等基因系(nil-sd6)，并对其进行新鲜种子萌发实验，明确了sd6基因确为与种子萌发延迟相关的基因。

11、此外，本发明通过敲除不同品种水稻中的sd6基因和小麦中的sd6同源基因(tasd6)发现，所得敲除突变体的成熟种子比相应的野生型晚发芽，即敲除sd6基因或其同源基因增强了所得突变体植株的种子休眠性。因此，本发明申请保护所述基因及其应用。

12、本发明请求保护一种调控谷类作物种子休眠性的基因，该基因的核苷酸序列如seq id no.1所示或与seq id no.1所示的序列有85％以上的同源性。

13、本发明还请求保护seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因在调控谷类作物种子休眠性中的应用。

14、本发明还请求保护seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因在创制种子休眠性增强的谷类作物株系中的应用。

15、本发明还请求保护抑制seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因表达的试剂在调控谷类作物种子休眠性中的应用。

16、本发明还请求保护抑制seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因表达的试剂在创制种子休眠性增强的谷类作物株系中的应用。

17、具体地，所述谷类作物为水稻或小麦。

18、本发明还提供了一种调控谷类作物种子休眠性的方法，所述方法为：通过调控谷类作物中seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因的表达来增强或减弱种子休眠性。

19、具体地，所述方法为：通过阻断或抑制seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因的表达来增强谷类作物种子休眠性，或通过过表达seq idno.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因来减弱谷类作物种子休眠性。

20、本发明还提供了一种创制穗发芽抗性增强的谷类作物株系的方法，所述方法为：通过阻断或抑制谷类作物植株中seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因的表达获得穗发芽抗性增强的谷类作物株系。

21、作为可选择的实施方式，可利用rna干扰技术抑制seq id no.1所示基因或与seqid no.1所示序列有85％以上同源性的基因的表达；

22、或利用基因编辑技术使seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因的编码区产生少数碱基的插入、缺失或碱基转换等功能突变，从而抑制seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因的表达；

23、或利用基因编辑技术删除seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因，从而阻断seq id no.1所示基因或与seq id no.1所示序列有85％以上同源性的基因的表达。

24、具体地，所述基因编辑技术是以crispr/cas9为基础的基因组编辑系统。

25、具体地，所述谷类作物为水稻或小麦。

26、本发明具有以下有益效果：

27、本发明通过将水稻弱休眠性栽培种日本晴(nipponbare)与强休眠性栽培种kasalath杂交，通过构建片段代换系及种子萌发实验筛选得到了具有萌发延迟现象的q27株系，并通过对q27株系的图位克隆得到了一种调控谷类作物种子休眠性的基因，命名为sd6，发现可通过抑制或促进该基因或其同源基因的表达来增强或减弱谷类作物种子休眠性。在此基础上，本发明还提供了一种调控谷类作物种子休眠性及创制穗发芽抗性增强的谷类作物株系的方法。本发明不仅为穗发芽抗性增强谷类作物株系的选育提供了新的基因来源，同时还提供了创制穗发芽抗性增强的谷类作物株系的方法，有助于谷类作物穗发芽抗性的改良。