一种调控芋头黄酮生物合成的基因及其应用

本发明属于生物，尤其涉及一种调控芋头黄酮生物合成的基因及其应用。

背景技术：

1、芋是天南星科芋属的多年生草本植物，常作一年生栽培。芋的球茎、花、叶柄等部位均可食用，在许多国家的粮食安全中发挥着至关重要的作用。鉴于芋头在粮食安全和食品健康方面的重要性，本领域前期的研究主要集中于芋头球茎中淀粉、蛋白质、非淀粉性多糖、维生素和矿质元素等方面，但是关于生物类黄酮这一类重要的功能因子，芋头中却鲜有研究报道。已有研究表明类黄酮在甘薯、马铃薯、木薯等块茎类作物的营养强化方面发挥了重要的作用。因此，研究芋头的营养强化技术，提高芋头球茎中的类黄酮含量，改良芋头的营养品质，也为进一步开发和利用具有深加工潜力的功能型芋头产品提供技术支撑。

2、芋是以无性繁殖为主的作物，芋开花不仅依赖于适宜的环境条件，还取决于品种类型，母芋、子芋的状态和营养生长阶段，故芋在自然条件下极少开花，从而限制了芋的有性杂交，目前芋很难通过传统的杂交实现基因的转移。基因编辑技术恰恰是克服这一难题最有效的途径，通过基因编辑技术合成变异能够填补并在某些情况下取代自然遗传变异，对目的基因进行高效、精准的修饰，提高遗传改良的效率，但这项技术尚未应用于芋头的遗传改良。且由于基因组庞大且杂合度高，芋在分子水平的研究相对滞后，近二十年来，芋头遗传研究主要集中在多样性分析和遗传定位上，芋基因组学研究尚属起步阶段。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种调控芋头黄酮生物合成的基因及其应用。本发明结果显示，cehct1基因的敲除突变体中的黄酮含量是野生型的1.79-1.87倍，cehct2基因的敲除突变体中的黄酮含量是野生型的2.78-3.50倍。

2、本发明提供了如下技术方案：

3、技术方案一：一种调控芋头黄酮生物合成的基因，所述基因包括cehct1基因和cehct2基因；所述cehct1基因的核苷酸序列如seq id no.9所示；所述cehct2基因的核苷酸序列如seq id no.10所示。

4、进一步地，所述基因的核苷酸序列还包括与seq id no.9或seq id no.10所示的核苷酸序列具有至少90％的同源性的核苷酸序列，也包括在seq id no.9或seq id no.10所示的核苷酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因或衍生物。

5、技术方案二：所述的基因在调控芋头黄酮含量中的应用；所述调控为负调控。

6、本发明验证得到，芋头中cehct1和cehct2基因能够负调控芋头类黄酮的生物合成，通过基因编辑技术，对主栽品种兴化龙香芋的cehct1和/或cehct2基因进行敲除，可以有效提高芋头球茎中的类黄酮含量。

7、技术方案三：所述的基因在改良植物营养品质中的应用。所述营养品质包括提高芋头中的类黄酮含量。

8、进一步地，所述植物包括芋头或拟南芥。

9、技术方案四：一种提高芋头黄酮含量的方法，包括对所述的cehct1和/或cehct2基因进行多靶点敲除这一步骤。

10、技术方案五：一种芋头的遗传转化技术，包括将所述芋头的外植体转移到根癌农杆菌eha105侵染液中进行孵育，得到侵染后的外植体这一步骤。

11、本发明将cehct1基因和cehct2基因的crispr-cas9载体cr-hct1-t1t2-prgeb32-gfp和cr-hct2-t1t2-prgeb32-gfp，转入龙香芋中，鉴定获得4份龙香芋hct基因(cehct1基因和cehct2基因)的敲除突变体材料。

12、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

13、本发明公开了与芋头球茎中类黄酮代谢相关的结构基因cehct1和cehct2，加快推进了芋头基因的开发和利用。本发明应用基因编辑技术，创制cehct1和cehct2基因的敲除突变体材料，筛选获得稳定的遗传材料，为后续基因的开发和利用，以及芋头的遗传改良提供技术支撑。本发明还通过龙香芋遗传转化技术，将cehct1和cehct2基因的crispr-cas9载体cr-hct1-t1t2-prgeb32-gfp和cr-hct2-t1t2-prgeb32-gfp，转入龙香芋中，鉴定获得4份龙香芋hct基因的敲除突变体材料。龙香芋hct基因的敲除突变体材料根和叶柄的颜色加深，进一步检测发现类黄酮在突变体的根中极显著富集，其中cehct1基因的敲除突变体中的黄酮含量是野生型的1.79-1.87倍，cehct2基因的敲除突变体中的黄酮含量是野生型的2.78-3.50倍。

14、本发明对芋头进行生物强化，针对性强，强化效率高，同时为芋头及其他作物的生物强化提供了新的思路和方法，以及高效强化芋头营养品质，对于改良芋头营养品质具有重要的理论和实践意义。

技术特征：

1.一种调控芋头黄酮生物合成的基因，其特征在于，所述基因包括cehct1基因和cehct2基因；所述cehct1基因的核苷酸序列如seq id no.9所示；所述cehct2基因的核苷酸序列如seq id no.10所示。

2.根据权利要求1所述的基因，其特征在于，所述基因的核苷酸序列还包括与seq idno.9或seq id no.10所示的核苷酸序列具有至少90％的同源性的核苷酸序列，也包括在seq id no.9或seq id no.10所示的核苷酸序列中添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而生成的突变体、等位基因或衍生物。

3.权利要求1或2所述的基因在调控芋头黄酮含量中的应用。

4.根据权利要求3所述应用，其特征在于，所述调控为负调控。

5.权利要求1或2所述的基因在改良植物营养品质中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述植物包括芋头或拟南芥。

7.一种提高芋头黄酮含量的方法，其特征在于，包括对权利要求1中所述的cehct1和/或cehct2基因进行多靶点敲除这一步骤。

8.一种芋头的遗传转化技术，其特征在于，包括将所述芋头的外植体转移到根癌农杆菌eha105侵染液中进行孵育，得到侵染后的外植体这一步骤。

技术总结
本发明公开了一种调控芋头黄酮生物合成的基因及其应用，属于生物技术领域。所述基因包括CeHCT1基因和CeHCT2基因；所述CeHCT1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.9所示；所述CeHCT2基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.10所示。本发明还提供了所述基因在调控芋头黄酮含量，以及改良植物营养品质中的应用。本发明通过基因编辑技术，对主栽品种兴化龙香芋的CeHCT1和/或CeHCT2基因进行多靶点敲除，可以有效提高芋头中的类黄酮含量，以及高效强化芋头营养品质，对于加快推进芋头基因的开发和利用，运用生物强化技术改良芋头营养品质具有重要的理论和实践意义。

技术研发人员：吴薇,于亮亮,冯梦诗,苏彩霞,王安,王瑞,孔新年,蔡迎春,常庆涛,徐永忠,张苏珏,徐建云,杨美华
受保护的技术使用者：江苏省农业科学院泰州农科所
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20