水稻OsNhd1基因在提高食味品质中的应用

本发明属于农业生物，涉及水稻osnhd1基因在提高食味品质中的应用。

背景技术：

1、水稻光周期基因osnhd1是拟南芥oscca1和oslhy的同源基因(murakami m,tagoy,yamashino t,mizuno t,2007.comparative overviews of clock-associated genesof arabidopsis thaliana and oryza sativa.plant cell physiol 48,110-21.)，是植物生物钟重要的作用原件。

2、osnhd1具有多种生物功能，下调osnhd1表达，分蘖数增多，株高矮化，穗小粒小，一次枝梗数减少，上调osnhd1表型相反，分蘖数减少是因分蘖芽生长被抑制(wang etal.2020)；粳稻品种“东津”中，t-dna插入osnhd1导致在长日和短日条件下开花较晚，表明osnhd1是一种开花诱导因子，能与开花抑制因子osprr37和dth8的启动子区结合，osnhd1功能的丧失诱导了osprr37和dth8的表达，随后抑制了ehd1-hd3a-rft1途径(lee etal.2022)；突变体oslhy在≥12h日长条件下抽穗延迟，而在≤11h日长条件下抽穗提早(sunet al.2021)；nhd1通过直接与高亲和铵转运体基因osamt1；3和双亲和力硝酸盐转运体基因osnrt2.4的启动子结合，激活它们表达，调控根系生长对铵(nh4+)、硝(no3-)的响应，促进铵的吸收和硝的分配，从而影响水稻根系对氮素的吸收利用。低铵条件下，敲除nhd1或osamt1；3后根系生长和铵吸收均受到抑制；供硝条件下，敲除nhd1或osnrt2.4后根系生长也受到抑制，同时改变了硝在地上部的分配。超表达osamt1；3或osnrt2.4可以分别回补nhd1突变体在不同供氮条件下根系生长、铵吸收和硝分配的缺陷表型(li et al.2022)；osnhd1作用于ostb1/fc1和矮秆基因d14上游，正调控它们的表达，调控独脚金内酯信号通路，以抑制分蘖芽的生长，负调控分蘖数。糖能抑制oscca1在根和分蘖芽中的表达，促进分蘖芽的生长。此外，oscca1还调节理想株型基因ipa1/osspl14的表达，以调控穗和籽粒的发育(wang et al.2020)；nhd1是一个氮素介导的抽穗开花因子。nhd1通过正向调控，直接激活开花基因oshd3a，从而调控水稻的抽穗期。此外，nhd1通过负向调控，抑制氮素同化基因osfd-gogat，降低其酶的活性和改变谷氨酰胺含量，因此，缺失nhd1增强氮的同化效率，同时提高产量和氮素利用效率(zhang et al.2021)；oslhy是水稻生物钟核心组件，在不同日长条件下具有提早和延迟抽穗的双重功能，通过osgi-hd1途径精准调控抽穗期的日长临界点。oslhy蛋白可以直接结合osgi启动子上的cbs元件。遗传分析显示，oslhy在oslhy osgi双突变体中仍具有双重功能，但日长临界点延长到了13.5h，说明oslhy对cdl的设定依赖于osgi；oslhy hd1双突变体在11.5h、13.5h和14h的日长条件下均表现出与单突变体hd1相同的抽穗期，表明oslhy的双重功能完全依赖于hd1(zhang et al.2021)。

3、随着人们生活水平的提高，提高水稻品质也被高度要求。水稻的食味品质(ecq)主要由谷物中的两种主要成分决定，淀粉和蛋白质，它们分别占谷物生物量的80～85％和4～10％的比例(balindong et al.,2018)。米粒中的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，是烹饪性能和食用质地的主要因素(bao,2012；pandey et al.,2012)。具体而言，具有较高直链淀粉含量(>25％)的大米在烹饪时蓬松，冷却后变硬，而具有较低ac的大米在烹饪后变得更柔软和更粘(sattari et al.,2015；custodio et al.,2016；2019)。谷物中的蛋白质含量与烹饪性能呈负相关，更多的氨基酸也导致大米食用味道的恶化(baxter,2004；2016；nakamura et al.,2016)。值得注意的是，ecq是受淀粉和蛋白质的结构和含量影响的综合性状。快速粘度分析仪(rva)被广泛应用于分析水稻ecq的综合概况。它能产生三个1级指标(峰值粘度、热糊粘度和冷糊粘度)、三个2级指标(崩解值，消减值，回复值)。氮肥在很大程度上影响水稻产量和质量。一般来说，更多的n施肥增加了产量，但恶化了ecq(cao et al.,2018)。增加n应用导致高蛋白质含量甚至谷物中蛋白质二级结构的改变，从而对大米烹饪和糊化性能产生负面影响(liang et al.,2021)。n供应还通过调节淀粉合成酶的活性来影响淀粉性质(wei et al.,2018；zhou et al.,2020)。因此，无法单纯通过氮素的供应和利用率来推测其对ecq的影响。

4、申请人在先申请2020101928840中公开了水稻光周期基因osnhd1在调控水稻生育期、产量与氮素利用效率中的应用，具体公开了通过基因敲除技术获得osnhd1的突变植株。并通过田间试验及分析证明该突变植株具有生育期延长，产量提高和氮素利用效率提高的特性。但该专利未提及osnhd1蛋白的变化情况，转录层面变化并不意味着蛋白表达就会增多；且只提及突变体，未提及超表达后对产量和氮素利用效率的影响，更加没有提及任何稻米食味品质方面的改变。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供水稻osnhd1基因在提高食味品质中的应用。

2、本发明的另一目的是提供水稻osnhd1基因超表达载体在提高食味品质中的应用。

3、本发明的目的可通过以下技术方案实现：

4、超表达水稻osnhd1基因在提高稻米食味品质中的应用，所述的水稻osnhd1在rap-db数据库编号为os8g0157600。

5、超表达水稻osnhd1基因在下调稻米籽粒直链淀粉比重、蛋白质含量、糊化温度和消减值，提高胶稠度、峰值粘度、热浆粘度、崩解值，提前糊化时间中的应用，所述的水稻osnhd1在rap-db数据库编号为os8g0157600。

6、水稻osnhd1基因的超表达载体，其特征在于所述的载体含有水稻osnhd1基因及其自身启动子，水稻osnhd1基因由nhd1自身启动子启动，所述的水稻osnhd1在rap-db数据库编号为os8g0157600。

7、本发明所述的水稻osnhd1基因的超表达载体在提高稻米食味品质中的应用，所述的水稻osnhd1在rap-db数据库编号为os8g0157600。

8、本发明所述的水稻osnhd1基因的超表达载体在构建高食味品质水稻中的应用。

9、本发明所述的水稻osnhd1基因的超表达载体在下调稻米籽粒直链淀粉比重、蛋白质含量、糊化温度和消减值，提高胶稠度、峰值粘度、热浆粘度、崩解值，提前糊化时间中的应用。

10、有益效果：

11、①本发明利用自身启动子内源超表达osnhd1，可以从蛋白层面增强其表达，但表达节律、表达部位、调控状况等均不受影响；

12、②本发明利用自身启动子内源超表达osnhd1之后，显著降低了稻米中直链淀粉的含量、糊化温度和蛋白质含量，增加稻米胶稠度，进而提升了稻米的食味品质；③自身启动子内源超表达osnhd1之后，不改变总生育期时长、氮素利用效率和产量；

13、④本发明利用自身启动子内源超表达osnhd1之后，对稻米食味品质的提升在不同施氮情况下都有效果；

14、⑤nhd1的表达水平在江苏省主栽水稻品种中与食味品质呈正相关，增强水稻内源性nhd1的丰度能够有效提高稻米的食味品质，这在已应用的主栽品种中得到验证。