调控早熟禾亚科植物VRN1基因转录水平的方法、生物材料及其应用

本发明涉及生物，具体而言，涉及一种调控早熟禾亚科植物vrn1基因转录水平的方法、生物材料及其应用。

背景技术：

1、早熟禾亚科植物的作物常分为春性和冬性，其中冬性植物需要经历一段长时间的越冬春化期才能够进入生殖生长阶段，包括小麦、大麦、黑麦以及燕麦等。

2、普通小麦(triticum aestivum l)作为人类主要的粮食作物和全球第二大产量作物，在国民经济中占重要位置。根据春播抽穗率，可将小麦分为春性和冬性，播种平均气温达到7℃后春播抽穗率＞30％为春性，春播抽穗率≤30％为冬性。相比较来说，冬性小麦品种的分蘖成穗数及单株产量多于春性小麦品种，单位面积产量冬性较春性小麦也有显著增加。冬小麦的播种时间在十月中旬左右，至来年四月底五月初进入开花期，在六月中旬左右进行收获。然而因冬小麦的越冬春化时期、五月开花期以及六月收获期在冬小麦主要种植区处于极端气候高发区，包括极低温、强降水或干热风等等，近几年也有由于极端气候造成冬小麦减产的报道。

3、虽然现有技术中常有通过缩短小麦春化时间、成花时间来进一步缩短小麦生长周期的方式，来避免极端天气对冬小麦造成减产的后果，但是冬小麦仍需要越冬，才能进行营养生长，因此利用现有技术即使能够在一定程度上缩短小麦春化时间，但缩短仍有限，仍难以保证其在越冬、开花以及收获时期能够完全避免极端天气带来的危害，对于缩短小麦完整的生长周期或提高产量带来的效果甚微。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种调控早熟禾亚科植物vrn1基因转录水平的方法、生物材料及其应用，以解决现有技术中冬性植物的春化时间过长的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明第一个方面，提供了一种调控早熟禾亚科植物vrn1基因转录水平的方法，该方法包括：将早熟禾亚科植物的vrn1基因上游的启动子区域中的目标区段进行编辑，编辑包括删除、替换或增加至少一个核苷酸，从而调控早熟禾亚科植物的vrn1基因的转录水平；目标区段包括vrn1pvrn-box核酸分子上游14bp、vrn1pvrn-box核酸分子和vrn1pvrn-box核酸分子下游18bp顺次连接组成的核苷酸序列；vrn1pvrn-box核酸分子为含有seq id no：1、seq id no：21、seq id no：22、seq id no：23、seq idno：24或seq id no：25所示的核苷酸序列的多聚核苷酸或与seq id no：1、seq id no：21、seq id no：22、seq id no：23、seq id no：24或seq id no：25所示的核苷酸序列具有70％以上同源性的多聚核苷酸。

3、进一步地，目标区段的核苷酸序列包括：seq id no：2、seq id no：3或seq id no：4。

4、进一步地，编辑包括如下任意一种或多种：a)向目标区段中插入一个或多个核苷酸；b)将目标区段中的一个或多个核苷酸替换为与一个或多个核苷酸不同的其他核苷酸；或c)删除目标区段中的一个或多个核苷酸；优选地，c)包括删除目标区段中连续的至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、至少20个、至少21个、至少22个或至少23个核苷酸，删除的核苷酸包括vrn1pvrn-box核酸分子中的核苷酸；优选地，编辑目标区段包括如下任一种：将seq id no：2所示的目标区段的核苷酸序列替换为seq id nos：5-9所示的核苷酸序列中的任一种；将seq id no：3所示的目标区段的核苷酸序列替换为seq id nos：10-11所示的核苷酸序列中的任一种；将seq id no：4所示的目标区段替换为seq id nos：12-16所示的核苷酸序列中的任一种。

5、进一步地，编辑的方法包括：向早熟禾亚科植物的细胞或组织中导入用于表达核酸酶和/或用于转录向导rna的遗传物质，编辑目标区段；将导入后的细胞或组织培养成完整植株，获得春化时间缩短的早熟禾亚科植物；优选地，遗传物质包括dna环状质粒、dna线性片段、或体外转录的rna；优选地，用于表达核酸酶的遗传物质与用于转录向导rna的遗传物质位于相同或不同遗传物质中；优选地，核酸酶能够对目标区段中的功能区段进行特异性剪切；优选地，遗传物质包括能转录向导rna和表达cas蛋白的重组载体；优选地，向导rna为由crrna和tracrrna通过部分碱基配对结合而成的具有回文结构的rna；优选地，crrna包括能够与功能区段互补结合的rna片段；优选地，利用基因编辑工具编辑目标区段，基因编辑工具包括crispr/cas9、crispr/cas12或red重组系统；优选地，向早熟禾亚科植物的细胞或组织中导入遗传物质的方法包括基因枪法、农杆菌侵染法、peg诱导原生质体法、电极法、碳化硅纤维介导法或真空渗入法；优选地，早熟禾亚科植物的细胞包括原生质体细胞或悬浮细胞；优选地，早熟禾亚科植物的组织包括愈伤组织、幼胚、成熟胚、叶片、茎尖、幼穗或下胚轴。

6、进一步地，早熟禾亚科植物包括小麦、燕麦、黑麦或大麦；优选地，小麦包括二倍体小麦、四倍体小麦或六倍体小麦；优选地，六倍体小麦包括普通栽培六倍体小麦；优选地，普通栽培六倍体小麦包括科农小麦，更优选为科农9204小麦、科农1002小麦或科农8162小麦。

7、为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了一种用于调控早熟禾亚科植物vrn1基因转录水平的生物材料，该生物材料包括用于对目标区段进行编辑的dna、rna或蛋白中的一种或多种；目标区段包括vrn1pvrn-box核酸分子上游14bp、vrn1pvrn-box核酸分子和vrn1pvrn-box核酸分子下游18bp顺次连接组成的核苷酸序列；vrn1pvrn-box核酸分子为含有seq id no：1、seq id no：21、seq id no：22、seq id no：23、seq idno：24或seqid no：25所示的核苷酸序列的多聚核苷酸或与seq id no：1、seq id no：21、seq id no：22、seq id no：23、seq id no：24或seq id no：25所示的核苷酸序列具有70％以上同源性的多聚核苷酸。

8、进一步地，生物材料包括能够表达核酸酶的第一dna和/或编码用于靶向目标区段的向导rna的第二dna；优选地，第二dna包括用于编码crrna的第三dna和用于编码tracrrna的第四dna，crrna能够与目标区段上的全部或部分区域碱基互补配对；优选地，目标区段为含有seq id no：2、seq id no：3或seq id no：4所示的核苷酸序列的多聚核苷酸。

9、进一步地，向导rna包括含有seq id no：17或seq id no：18所示的核苷酸序列的多聚核苷酸。

10、进一步地，早熟禾亚科植物包括小麦、燕麦、黑麦或大麦；优选地，小麦包括二倍体小麦、四倍体小麦或六倍体小麦；优选地，六倍体小麦包括普通栽培六倍体小麦；优选地，普通栽培六倍体小麦包括科农小麦，更优选为科农9204小麦、科农1002小麦或科农8162小麦。

11、为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供了一种上述任一种调控早熟禾亚科植物vrn1基因转录水平的方法或上述任一种用于调控植物vrn1基因转录水平的生物材料，在缩短早熟禾亚科植物的春化时间、缩短早熟禾亚科植物的生育期或早熟禾亚科植物育种中的应用。

12、应用本发明的技术方案，研究发现，早熟禾亚科植物vrn1基因上游的启动子区域在植物春化阶段起到抑制该基因表达的作用，因而本技术通过对目的植物中的目标区段如seq id no：1所示的核苷酸序列的vrn1pvrn-box核酸分子及其上游14bp和下游18bp组成的核苷酸序列进行编辑，破坏其完整性，进而解除对vrn1基因表达的抑制，使得该基因的转录水平提高，获得不需要进行春化处理就能快速进入生殖生长的冬性植物。