本发明涉及水稻分子育种领域,更特别地,涉及提高水稻产量和稻米品质的osmads1基因等位型、基因编辑系统和方法。
背景技术:
1、水稻是世界上最重要的粮食作物之一。长期以来,提高水稻产量一直是水稻育种的主要目标。随着人们生活水平的提高,具有优良外观品质和蒸煮食味品质的稻米越来越受到消费者的青睐。水稻粒形性状包括粒长、粒宽和粒厚,能够直接决定水稻粒重从而间接影响水稻产量。此外,粒形也属于稻米品质性状,能够影响稻米垩白和食味品质,决定其作为商品的流通价值。因此,利用水稻粒形调控基因,能够为培育优质高产水稻提供丰富的理论基础和解决方案。
2、osmads1是一个水稻粒形调控基因。li u等(2018)在粳稻品种武运粳7号和美国粳稻品种l-204构建的重组自交系中定位到一个增加粒长和产量的qtl qlgy3;yu等(2018)利用两个粳稻品种slg和日本晴定位到一个增加粒长的qtl qgl3-2;wang等(2019)在广两优676(广占63-4s/福恢676)杂交组合后代分离f2家系中,利用基于bsa的gradedpoo l-seq方法定位到一个控制千粒重的qtl gw3p6;后续图位克隆结果都显示候选基因为osmads1,候选变异为剪切位点结构变异。3项独立研究均表明osmads1的育种优势等位型可以增加水稻产量(li u et a l 2018,wang et a l 2019,yu et a l 2018)。其中,li u等(2018)在rd23、武运粳7号和杂交组合两优培九(培矮64s/9311)中验证到与育种优势qlgy3等位型不仅可以增加水稻产量,还可以通过降低稻米垩白改善稻米品质。此外,li等(2020)发现一种osmads1的稀有等位型osmads1olr,该等位型产生一种发育异常的超长粒谷粒,但是粒重明显降低,结实率和稻米品质也显著降低。
技术实现思路
1、本团队在研究过程中,osmads1主要存在两种等位型,分别为以籼稻品种珍汕97(zs97)为代表的育种弱势等位型osmads1zs;以热带粳稻品种南洋占(nyz)为代表的育种优势等位型osmads1nyz。将热带粳稻nyz来源的osmads1nyz导入到三系保持系品种zs97中,观察到osmads1nyz能够增加水稻粒形、粒重和粒数,并同时改良稻米品质,证明其在优质高产水稻品种改良中的遗传效应。对osmads1zs等位型进行了定点基因编辑,基因突变产生的osmads1mnyz等位型能够增加水稻粒形、粒重和粒数,并改良稻米品质。
2、基于以上发现,本发明提供了一种可提高水稻产量和稻米品质的osmads1基因等位型,序列如seq id no:2或3所示。
3、本发明还提供了上所述的osmads1基因等位型在提高水稻产量和/或稻米品质中的应用。
4、本发明还提供了一种提高水稻产量和/或稻米品质的方法,包括用上述的osmads1基因等位型替换水稻中原来的弱势osmads1基因等位型中的步骤。
5、在一个具体实施方案中,通过基因编辑的方法进行所述替换。
6、在一个具体实施方案中,通过基因编辑使所述弱势osmads1基因等位型的第7内含子和第8外显子连接处位点发生缺失。
7、在一个具体实施方案中,所缺失的位点序列如seq id no:4所示。
8、在一个具体实施方案中,通过cri spr/cas9基因编辑系统进行所述基因编辑。
9、在一个具体实施方案中,所述弱势osmads1基因等位型的序列如seq id no:1所示。
10、本发明还提供了一种可用于提高水稻产量和/或稻米品质的cri spr/cas9基因编辑系统,sgrna的靶序列如seq id no:4所示。
11、本发明通过构建osmads1zs基因编辑载体,将所述含sgrna靶点序列u6接头序列通过基因编辑载体导入受体水稻,得到osmads1mnyz基因的剪切识别位点发生缺失突变的基因编辑水稻;与受体水稻相比,osmads1mnyz等位型基因编辑材料表现出和osmads1nyz等位型导入材料表现出一致的育种潜力,水稻产量和稻米品质均显著提高。
12、相对于现有技术,本发明的有益效果为:
13、1.本发明利用cri spr/cas9技术,成功编辑了水稻育种弱势等位型osmads1zs,培育出水稻产量和稻米品质均显著提升的基因编辑新种质,该材料和育种优势等位型osmads1nyz导入材料表现一致,证实了osmads1调控水稻产量和稻米品质的功能,将在优质高产水稻品种培育领域具有重大的应用价值。
14、2.本发明使用的sgrna靶点位于育种弱势等位型osmads1zs的第七内含子和第八外显子连接处,除了能确保基因编辑效率,还诱导了模拟育种优势等位型osmads1nyz的剪切识别位点缺失突变等位型osmads1mnyz。已有的关于育种弱势等位型osmads1zs的基因编辑,靶标位点为外显子,突变后osmads1功能完全丧失,只能产生发育畸形的谷粒,无法直接用于水稻种质构建。因此,本发明构建的cri spr/cas9基因编辑系统在准确提高水稻产量和稻米品质方面具有重要意义和优势。
1.一种可提高水稻产量和稻米品质的osmads1基因等位型,其特征在于,序列如seq idno:2或3所示。
2.权利要求1所述的osmads1基因等位型在提高水稻产量和/或稻米品质中的应用。
3.一种提高水稻产量和/或稻米品质的方法,其特征在于,包括用权利要求1所述的osmads1基因等位型替换水稻中原来的弱势osmads1基因等位型中的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,通过基因编辑的方法进行所述替换。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,通过基因编辑使所述弱势osmads1基因等位型的第7内含子和第8外显子连接处位点发生缺失。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所缺失的位点序列如seq id no:4所示。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,通过crispr/cas9基因编辑系统进行所述基因编辑。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述弱势osmads1基因等位型的序列如seqid no:1所示。
9.一种可用于提高水稻产量和/或稻米品质的crispr/cas9基因编辑系统,其特征在于,sgrna的靶序列如seq id no:4所示。