[发明专利]ONAC096基因在控制水稻抗旱性中的应用

说明书

本发明涉及水稻基因工程技术领域。具体公开了ONAC096基因在控制水稻抗旱性中的应用。申请人分离、克隆和通过功能验证鉴定到一个能够提高水稻干旱耐受能力的基因ONAC096，以及该基因在水稻抗旱遗传改良中的应用。本发明通过对ONAC096的CRISPR突变体，超量表达和导入系材料进行干旱表型鉴定，孕穗期盆栽和田间干旱胁迫实验表明，ONAC096是水稻干旱应答的正调控因子，证实了该基因的功能及应用途径。

技术领域

本发明属于水稻基因工程技术领域，具体涉及ONAC096基因在控制水稻抗旱性中的应用。本发明通过对ONAC096的CRISPR突变体,超量表达和导入系材料进行干旱表型鉴定，孕穗期盆栽和田间干旱胁迫实验表明，ONAC096是水稻干旱应答的正调控因子，证实了该基因的功能及应用途径。

背景技术

作物以固着方式生长，在其生命周期的各个时期都有可能遭受干旱的影响。植物在不同的发育阶段对干旱胁迫的耐受能力有很大区别。例如，苗期干旱胁迫直接影响幼苗的出苗率和生长；营养生长时期短暂缺水不会对植物的产量造成较大损失，幼穗分化至抽穗期干旱胁迫会严重影响植物的产量。就水稻而言，最重要的是研究其孕穗期的抗旱性。作物在生长的过程中会受到诸多环境因素的影响，干旱、冷害和高温会导致农作物的大规模减产，在许多地区这些环境因素是农业发展的瓶颈。培育耐逆性的作物品种一直是农业科学技术研究的主要目标之一。作物在长期的进化过程中伴随着各种非生物逆境，为了生存和繁衍，植物需要进化出一套对逆境信号识别，传递，放大，刹车的系统，从而来响应、适应和防御各种逆境环境(Nakashima et al 2014)。现在普遍观点认为植物对非生物逆境的一般响应过程，植物通过各种未知的感应器识别各种逆境信号，然后在细胞内产生如Ca²⁺、活性氧和ABA等第二信使传递信号，然后通过磷酸化级联反应或泛素化等修饰影响下游逆境响应相关转录因子的活性。这些活跃的转录因子一方面可以特异的结合并调控其他转录因子的表达，进而形成一个复杂而有序的调控网络，激活多层调控路径响应逆境信号；另一方面也可以特异地激活一些参与逆境的功能基因，合成一些如调节渗透压等能抵御逆境伤害的物质(Hirayama and Shinozaki 2010；Huang et al 2012)。

大多数类型的转录因子都参与了植物的非生物逆境应答反应，包括AP2/EREBP、bZip、HD-ZIP、MYB、MYC、NAC和Zinc finger类转录因子(Yamaguchi-Shinozaki K,Shinozaki K.Transcriptional regulatory networks in cellular responses andtolerance to dehydration and cold stresses.Annu Rev Plant Biol,2006,57:781-803)。通过基因工程，部分逆境应答转录因子已经成功应用于水稻抗逆遗传育种。Hu等人成功分离、鉴定了水稻中一个参与干旱逆境响应的NAC转录因子SNAC1(Hu et al 2006)。干旱胁迫能强烈诱导SNAC1特异性地在气孔保卫细胞中表达，田间实验表明，在水稻中超量表达SNAC1，转基因材料在正常生长条件下，其农艺性状与野生型材料相比没有明显变化，在干旱条件下，超量表达SNAC1可以促进气孔的关闭，导致超量表达材料的蒸腾速率明显低于野生型，同时光合速率没有明显差异，从而显著提升水稻在孕穗期对干旱的耐受性(Hu et al2006)。Fang等发现超量表达SNAC3的转基因水稻，可以通过调节ROS的水平增强水稻的抗旱性(Fang et al 2015)。在水稻中，还有一些不通过调控气孔关闭响应干旱的代表性NAC转录因子，比如超量表达OsNAC5、OsNAC6、OsNAC9和OsNAC10均可以通过调控根的生长来增强水稻的抗旱性(Jeong et al 2010；Redillas et al 2012；Jeong et al 2013；Lee et al2017)。最新研究表明，OsNAC5通过激活OsCCR10的表达，参与H-和G-木质素生物合成，超量表达OsCCR10的转基因水稻植物在生长的营养阶段表现出更高的耐旱性(Bang et al2021)。