[发明专利]一种提高玉米生物量的方法

说明书

本发明公开了一种提高玉米生物量的方法，所述方法为：在玉米基因组的目标基因上游或下游定点插入调控序列，筛选获得生物量提高的玉米；所述目标基因为PLA1基因或TE1基因，所述调控序列为SEQ ID NO.3所示。本发明为提高玉米产量提供了一种可行、有效的改良方法，本发明改良后的玉米与亲本对照相比整株干重、雌穗干重和百粒重大幅度提高，特别是单株雌穗产量提高幅度达到25％以上，在培育玉米新品种上具有应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种利用基因编辑技术对玉米产量性状进行改良的技术，属于生物技术领域。

(二)背景技术

玉米是主要的粮食作物，也是很好的饲料和工业原料。玉米具有高热量、高秸秆产量，且秸秆中含有丰富的维生素等特点。玉米种植成本相对较低，随着畜牧业的迅速发展，玉米作为饲料的需求量逐渐增加。近年来，玉米全株青贮饲料模式在各地推广。作为青贮饲料的玉米，除了追求玉米籽粒产量，也关注玉米非籽粒部分的产量，提高玉米整体生物产量在生产应用中的价值越来越大。

已有的研究发现，玉米叶原基形成间隔期是影响玉米生长发育的关键因素，目前已经鉴定出了影响叶原基形成间隔期的关键基因Plastochron1(PLA1)和Terminal ear1(TE1)基因。研究显示，缺失TE1表达导致玉米节间缩小，玉米植株矮小，叶片变小(Veit,Nature,1998,393:166-168)。过表达TE1基因能够显著增加生物产量和种子数量、提高收获指数和粒重(张先文，2017100464476)。在玉米中过表达PLA1可显著提高玉米产量的同时还能够增强玉米的抗逆性(Sun，Nature communications,2017，8:14752；沈志成，2015102305475)。高表达玉米中PLA1和TE1基因有助于提高玉米的生物产量。利用转基因方法将增强PLA1或TE1基因表达的人工表达框和含有筛选标记基因的T-DNA导入植物中，达到提高玉米中PLA1或TE1基因的表达量是现在通用的方法。利用转基因方法通常还需要使用筛选标记基因，该筛选基因与PLA1或TE1的增强表达框紧密连锁，后期无法通过育种程序分离。在玉米中导入筛选标记基因可能增加玉米栽培生产中对环境的生态风险和食用饲用中的安全风险。另外含有PLA1或TE1的表达框在玉米基因组中随机插入也可能影响插入位点周围基因的表达，从而对玉米性状可能会产生不可预测的影响。

本发明利用基因编辑技术，在玉米基因组中定点导入调控序列提高玉米中PLA1或TE1基因表达量，从而获得生物产量提高、生长势增强的玉米。通过回交转育可以有效去除基因编辑和筛选过程中使用到的筛选标记基因，提高玉米新品种选育效率，降低基因修饰玉米的种植和应用风险。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种提高玉米产量的方法，具体为利用基因编辑方法增强玉米叶原基间期关键基因PLA1或TE1基因的表达，从而提高玉米生物产量。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种提高玉米生物量的方法，所述方法是向玉米基因组中的目标基因上游或下游引入调控序列，增强目的基因的表达，从而提高玉米的生长势，改良玉米农艺性状，具体方法为：在玉米基因组的目标基因上游或下游定点插入调控序列，获得生物量提高的玉米；所述目标基因为PLA1基因或TE1基因，所述调控序列核苷酸为SEQ ID NO.3所示。

进一步，所述PLA1基因为叶原基形成间隔期的关键基因，其核苷酸序列为SEQ IDNO.1所示；所述PLA1基因上游插入位点为玉米第1号染色体247306010-247312010碱基之间；所述PLA1基因下游插入位点为玉米第1号染色体247314293-247317293碱基之间。

进一步，所述TE1基因为叶原基形成间隔期的关键基因，其核苷酸序列为SEQ IDNO.2所示；所述TE1基因上游插入位点为玉米第3号染色体的167811126-167821126碱基之间；所述TE1基因下游插入位点为玉米第3号染色体的167824995-167834995碱基之间。