GmTPS1蛋白及其编码基因在改良大豆株型性状和产量中的应用

本发明属于生物，涉及gmtps1蛋白及其编码基因在改良大豆株型性状和产量中的应用。

背景技术：

1、大豆作为重要的粮油饲兼用作物，在保障我国粮食安全和农产品贸易领域扮演着举足轻重的角色。随着人民生活水平的不断提高，对植物油及饲料蛋白的需求急剧增加，我国大豆生产能力不足的问题也越来越突出。与世界大豆主产国美国、巴西、阿根廷等国家相比，我国大豆产量偏低，无法满足日常生产生活需要，大豆进口量逐年增加。在我国大豆种植面积有限的现实条件下，如何通过现代生物育种技术手段快速有效改良大豆品种，提高大豆单产水平，是亟需解决的重要生产问题和亟待突破的育种技术瓶颈。

2、作物株型对于作物单株和群体的形态建成发挥决定性作用，是影响植株产量、作物生产水平和经济效益的重要因子。作物株型包括株高、分枝(分蘖)、叶形和穗型(结荚习性)等。作物株型驯化或改良在实现作物产量重大突破中发挥着至关重要的作用。但目前对于大豆株型调控机理以及大豆株型调控关键基因的研究仍处于探索阶段，相关研究报道较少；对于影响大豆株型调控的分子机理、关键基因和作用网络尚不清晰明确。特别是由于受研究材料的限制，在大田生产条件下，何种株型更有利于提高大豆单产水平，更是缺少相关研究。因此，进一步挖掘更多株型调控基因，不但对于发现优良大豆株型调控基因和培育高产理想株型具有重要的理论价值；而且通过特异材料的创制，可以在生产条件下对大豆理想株型进行系统评价和优选，对于最终实现育种应用、提升大豆产量具有重要实际应用价值。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何改良大豆株型，获得有利于提高大豆单产水平的目的植物。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供了gmtps1蛋白或调控基因的表达物质或调控所述gmtps1蛋白活性或含量的物质在调控植物株型中的应用，所述基因编码所述gmtps1蛋白，所述gmtps1蛋白是如下任一种的蛋白质：

3、(a1)氨基酸序列如seq id no.3的蛋白质；

4、(a2)将seq id no.3所示的氨基酸序列经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与a1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且具有调控植物株型的蛋白质，

5、(a3)在(a1)或(a2)的蛋白质的末端连接标签后得到的融合蛋白。

6、上述应用中，所述gmtps1蛋白来源于大豆。

7、上述应用中，所述调控基因的表达物质或调控所述gmtps1蛋白活性或含量的物质为与所述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料为下述任一种：

8、b1)编码所述gmtps1蛋白的核酸分子；

9、b2)抑制或降低或沉默所述gmtps1蛋白质的编码基因表达的核酸分子；

10、b3)含有b1)和/或b2)所述核酸分子的表达盒；

11、b4)含有b1)和/或b2)所述核酸分子的重组载体、或含有b3)所述表达盒的重组载体；

12、b5)含有b1)和/或b2)所述核酸分子的重组微生物、或含有b3)所述表达盒的重组微生物、或含有b4)所述重组载体的重组微生物；

13、b6)含有b1)和/或b2)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有b3)所述表达盒的转基因植物细胞系；

14、b7)含有b1)和/或b2)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有b3)所述表达盒的转基因植物组织；

15、b8)含有b1)和/或b2)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有b3)所述表达盒的转基因植物器官。

16、上述应用中，b1)所述核酸分子为如下任一种：

17、b11)编码链的编码序列是seq id no.2的cdna分子或dna分子，

18、b12)编码链的核苷酸是seq id no.1的cdna分子或dna分子；

19、上述应用中，b2)所述核酸分子为如下任一种：

20、b21)靶向所述gmtps1蛋白编码基因的grna，所述grna的靶标序列为核苷酸序列是seq id no.1第282至301位的的dna分子；

21、b22)表达b21)所述的grna的dna分子。

22、本发明中，所述调控可为上调或增强或提高。所述调控也可为下调或减弱或降低。

23、本发明还提供了一种改变大豆株型的方法。

24、本发明提供的一种改变大豆株型的方法，包括下调或减弱或降低目的大豆中所述gmtps1蛋白的活性和/或含量，或/和，所述gmtps1蛋白的编码基因的表达量，来改变大豆株型。

25、上述方法中，所述下调或减弱或降低目的大豆中所述gmtps1蛋白的活性和/或含量，或/和，所述gmtps1蛋白的编码基因的表达量包括用crispr/cas9系统对所述目的大豆基因组中的所述gmtps1蛋白的编码基因进行敲除。

26、上述方法中，所述crispr/cas9系统包括表达靶向所述gmtps1蛋白的编码基因的sgrna的载体。

27、上述方法中，所述sgrna的靶标序列为核苷酸序列是seq id no.1第282至301位的dna分子。

28、上述方法中，所述方法通过突变所述gmtps1蛋白的编码基因来改变大豆株型，所述突变可为下述任一种：

29、1)将seq id no.1的第296-299位核苷酸缺失，且保持seq id no.1的其它核苷酸不变；

30、2)在seq id no.1的第298和299位核苷酸中间增加一个核苷酸t，且保持seqidno.1的其它核苷酸残基不变。

31、上述gmtps1蛋白或调控基因的表达物质，或调控所述gmtps1蛋白活性或含量的物质在大豆育种中的应用也属于本发明所要保护的范围。

32、所述大豆育种的目的可包括改变大豆株型。

33、所述改变可为增加大豆株高和/或降低大豆植株分枝数和/或增加大豆植株节数/或提高单株荚数/或提高单株粒数。

34、本发明表明，利用crisp/cas9基因编辑技术修饰大豆gmtps1基因可以增加大豆的株高和植株节数，并能降低大豆的分枝数，提高大豆单株荚数和粒数。

技术特征：

1.应用，其特征在于：所述应用为gmtps1蛋白或调控基因的表达物质或调控所述gmtps1蛋白活性或含量的物质在调控植物株型中的应用，所述基因编码所述gmtps1蛋白，所述gmtps1蛋白是如下任一种的蛋白质：

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述gmtps1蛋白来源于大豆。

3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述调控基因的表达物质或调控所述gmtps1蛋白活性或含量的物质为与所述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料为下述任一种：

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：b1)所述核酸分子为如下任一种：

5.一种改变大豆株型的方法，其特征在于：包括下调或减弱或降低目的大豆中权利要求1或2中所述gmtps1蛋白的活性和/或含量，或/和，权利要求1或2中所述gmtps1蛋白的编码基因的表达量，来改变大豆株型。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述下调或减弱或降低目的大豆中权利要求1或2中所述gmtps1蛋白的活性和/或含量，或/和，权利要求1或2中所述gmtps1蛋白的编码基因的表达量包括用crispr/cas9系统对所述目的大豆基因组中的所述gmtps1蛋白的编码基因进行敲除。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述crispr/cas9系统包括表达靶向所述gmtps1蛋白的编码基因的sgrna的载体。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述方法通过突变所述gmtps1蛋白的编码基因来改变大豆株型，所述突变为下述任一种：

9.权利要求1-4中任一所述的物质在大豆育种中的应用。

技术总结
本发明公开了GmTPS1蛋白及其编码基因在改良大豆株型性状和产量中的应用。本发明属于生物技术领域，涉及GmTPS1蛋白及其编码基因在改良大豆株型性状和产量中的应用。本发明提供了GmTPS1蛋白或调控其基因的表达物质或调控其活性或含量的物质在调控植物株型中的应用，GmTPS1蛋白是氨基酸序列是SEQ ID No.3。本发明利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术对大豆株型编码基因GmTPS1进行特定靶点的定点突变或敲除，为改良大豆株型的大豆品种选育提供新材料，为加快改良株型大豆品种的选育具有积极的作用。

技术研发人员：陈莉,侯文胜,蔡宇鹏
受保护的技术使用者：中国农业科学院作物科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29