[发明专利]OsABA8ox2

说明书

本发明涉及脱落酸（abscisic acid,ABA）8’‑羟化酶基因OsABA8ox2在植物光形态建成和根发育中的应用，属于植物基因工程与遗传改良。水稻ABA 8’‑羟化酶基因OsABA8ox2的蛋白产物氨基酸序列如SEQ ID No：1所示。本发明中通过基因编辑技术敲除OsABA8ox2后可以正向调控弱光或遮荫条件下的光形态建成，缓解避荫反应，提高植物耐荫性；可以优化干旱胁迫下根系结构以提高植物耐旱性。这些性状改良对作物生产和城市立体绿化具有重大应用价值。

原案申请号：2019110929159

原案申请日：20191111

原案申请人：中国农业科学院生物技术研究所

原案申请名称：ABA 8’-羟化酶基因OsABA8ox2在植物光形态建成和根发育中的应用。

技术领域

本发明涉及植物基因工程与遗传改良，具体涉及ABA 8’-羟化酶基因OsABA8ox2在植物光形态建成和根发育中的应用。

背景技术

植物作为光合自养生物，对光环境是非常敏感和灵巧的。光形态建成和暗形态建成是植物采用的两套截然不同的发育程序以应对环境光线（Trends in plant science,Xu et al. 2015）。中国西南部地区的四川和贵州等地几乎全年都处于弱光环境下（中国油料作物学报，范元芳等，2016）。黄淮海等地区持续或频繁的阴雨寡照天气对水稻、玉米等作物生产带来非常不利的影响。现代农业生产上采取的密植或间作套种会加剧作物群体对光的竞争。随着我国城市化进程的加快，很多土地因处于建筑包围之中而形成荫蔽的环境。总之，弱光照或遮荫条件影响非耐荫植物光形态建成，往往出现避荫反应（过度伸长生长，茎秆纤细，易倒伏等），影响植物生长、抗逆能力和最终品质和产量。因此开发提高植物耐荫性的方法具有巨大的应用价值。植物耐荫性是指植物在弱光照条件下的生活能力，是植物为适应低光量子密度，维持自身正常生长发育而产生的一系列变化（热带农业科学，安锋和林位夫，2005；安徽农业科学，代慧等，2015），是植物的一项重要性状。植物面对弱光和遮荫会采取两种应对策略：避荫反应和耐荫反应（分子植物育种，温冰消等，2019）。伸长反应是避荫反应的主要表现之一（Current Opinion in Plant Biology，Fraser et al. 2016）。相比耐荫能力弱的植物，耐荫性强的植物伸长反应相对不明显。PIF（phytochrome-interacting factor）蛋白促进伸长反应的机制之一是其介导了YUCCA基因上调表达（Genes Development, Li et al. 2012），提高生长素合成量。还存在避荫反应的拮抗因子，如PAR1和PAR2蛋白（The EMBO Journal, Roig-Villanova et al. 2007）。除了利用耐荫基因，抑制避荫反应的调控途径可能是产生耐荫反应的另一机制（Current Opinion inPlant Biology，Vandenbussche et al. 2005）。下调/抑制避荫基因的功能是提高植物耐荫性的技术思路之一。当前研究主要聚焦于植物对光信号的响应，如光敏色素相互作用因子PIF通过光敏色素信号途径（phyB-PIF）响应不断变化的光环境（Plant physiology, Wuet al. 2019）。耐荫植物适应弱光环境的主要机制是最大化的吸收光量子进行光合作用（湖南林业科技，黄笛和吴铁明，2011）。光与ABA信号途径的交叉在拟南芥中已有报道。BBX21，一个B-box蛋白，调控光形态建成，也参与到ABA信号途径（PLoS genetics, Xu etal. 2014）。HY5是ABI5（ABA INSENSITIVE 5）转录的直接激活子。BBX21通过干扰HY5与ABI5启动子的结合，负调控ABI5表达。ABA分解是调控植物体内ABA浓度的重要途径之一。ABA8’-羟化酶是ABA分解途径的关键酶，在水稻中由OsABA8ox1, OsABA8ox2和OsABA8ox3编码（Plant cell physiology, Saika et al. 2007）。我国对植物耐荫性的研究始于20世纪70年代，起步较晚（湖南林业科技，黄笛和吴铁明，2011）。目前对植物耐荫分子机制仍很不清楚，尤其缺乏对ABA分解途径关键基因参与光形态建成、避荫反应和耐荫调控的相关研究。