[发明专利]水稻基因CYP71A1和5-羟色胺在调控水稻植株抗虫性中的应用

说明书

本发明公开了水稻基因CYP71A1和5‑羟色胺在调控水稻植株抗虫性中的应用。本发明通过对γ射线诱变获得的突变体与野生型进行害虫抗性实验，发现基因CYP71A1突变的水稻植株相比野生型具有更高地抗虫性，验证了抑制基因CYP71A1表达在提高水稻植株抗虫性中的应用；与此同时，通过调节植株体内5‑羟色胺含量的变化，发现5‑羟色胺含量的降低可提高植株抗虫性，从而验证了抑制5‑羟色胺在提高水稻植株抗虫性中的应用。

技术领域

本发明涉及植物基因工程和水稻分子育种领域，尤其涉及水稻基因CYP71A1和5-羟色胺在调控水稻植株抗虫性中的应用。

背景技术

水稻是一种重要的粮食作物，尤其是对亚洲国家而言，保证其稳定生产是十分重要的。褐飞虱是一种刺吸类昆虫，通过刺吸式口器刺入叶鞘吸收水稻的营养物质，其侵害可以引起植株生长缓慢，导致产量下降，甚至表现出“烧苗”(Hopperburn)症状，植株大面积死亡。此外，稻飞虱还会传播多种水稻病毒病。

目前，本领域对于稻飞虱的防治以化学防治为主，这导致用药成本增加、害虫抗药性上升、有害物质残留、环境污染等问题。

在褐飞虱抗性研究上，研究者已经挖掘了20多个抗性位点，但是克隆的基因并不多，目前只有Bph14，Bph26,Bph3，Bph18，Bph29被克隆。不同抗性基因的抗性谱和抗虫机制存在差异。如携带Bph14的水稻品种表现出抗生性，缩短褐飞虱取食时间、抑制其生长发育等；携带来源于南亚的一个品种RHT的抗性基因Bph3，由3个凝集素受体激酶组成。

尽管较多的QTL位置被发掘，但从克隆的基因数量来看，还是较少的，其背后的抗性机制也并不清楚。因此，抗褐飞虱水稻种质资源，尤其是广谱性抗性材料的发掘是十分紧迫的。

水稻基因CYP71A1属于单加氧酶P450家族基因，能够以色胺为底物，催化其芳环5'位置进行羟化反应，形成5羟色胺。因此，CYP71A1又名T5H(Tryptamine 5Hydroxylation)。

发明内容

本发明提供了一种水稻基因CYP71A1和5-羟色胺在调控水稻植株抗虫性中的应用，该基因的缺失能够提高水稻植株的抗虫性。

水稻基因CYP71A1在调控水稻植株抗虫性中的应用，其中，所述水稻基因CYP71A1(LOC_Os12g16720)的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

具体地，为了提高水稻植株的抗虫性，可以采用以下方法：

(1)通过化学物质抑制基因CYP71A1表达或者通过RNAi抑制基因CYP71A1的转录；(2)对基因CYP71A1进行基因突变，例如：γ射线或者EMS处理诱发变异，或者CRISPR基因编辑技术等。

本发明提供了一种提高水稻抗虫性的方法，包括：采用CRISPR技术将水稻基因组中基因CYP71A1进行定点突变，获得基因CYP71A1沉默的水稻植株。

针对基因CYP71A1对虫害的适用范围，本发明提供了褐飞虱、白背飞虱和螟虫的验证实验；发现与基因CYP71A1突变后的水稻植株相比，褐飞虱、白背飞虱和螟虫更偏向于取食野生型水稻植株。

此外，本发明还通过实验验证了5-羟色胺在调控水稻植株抗虫性中的应用，发现5-羟色胺的降低有利于水稻植株抗虫性的提高；所以采用抑制植株体内5-羟色胺含量的化学物质同样也可以降低水稻植株的抗虫性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对田间获得的突变体与野生型进行害虫抗性实验，发现基因CYP71A1突变的水稻植株相比野生型具有更高地抗虫性，验证了抑制基因CYP71A1的表达在提高水稻植株抗虫性中的应用；与此同时，通过调节植株体内5-羟色胺含量的变化，发现5-羟色胺含量的降低可提高植株抗虫性，从而验证了抑制5-羟色胺在提高水稻植株抗虫性中的应用。