[发明专利]水稻苗期生物量调控基因SBM1及其应用

说明书

本发明涉及一个籼粳亚种间具有显著差异的与生物量积累相关的QTL SBM1，利用正向遗传学及图位克隆技术克隆的水稻苗期生物量调控基因SBM1，以及利用Crispr Cas9敲除技术和转基因互补试验确认该基因的功能；同时还涉及该基因对氮素利用效率和产量的协同调控关系。本发明公开了水稻苗期生物量调控基因SBM1，其核苷酸序列如SEQ ID No：1所述，其CDS核苷酸序列如SEQ ID No：2所述。基因敲除SBM1增加水稻的生物量和产量。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及水稻生物量调控基因SBM1及其用途。

背景技术

水稻是全球最重要的粮食作物之一，充分挖掘水稻高产潜力是解决世界人口持续增加带来的粮食安全问题的关键。半矮秆水稻品种的选育应用与杂交水稻推广及化肥使用促进了水稻产量的两次重大飞跃(Khush 2001)，在生产上通过增施氮肥来提高水稻产量的方法已被广泛应用(Peng et al.2002)。理想株型建立与养分吸收利用两者相辅相成，在产量形成过程中协同调控。然而目前生产上应用的主栽品种氮素利用效率普遍偏低，通过增加氮肥来突破产量遇到前所未有的生产瓶颈。另外，在种植过程中长期过度施肥导致土壤中氮肥超量滞留、河流富营养化及生态环境严重污染，农业生产与环境污染的矛盾日益加剧(Ali et al.2018；Li et al.2018)。因此，改良水稻减肥增效的栽培模式、选育氮高效吸收利用的高产水稻品种来解决全球粮食安全问题迫在眉睫。

近年来，在良种精准施肥的配套栽培技术方面研究已取得较大进展。首先，结合水稻不同生育期的需肥规律，优化稻田氮肥施用模式，能显著提高水稻抽穗灌浆期的氮代谢活性，增强植株对氮素的吸收利用效率，同时对稻田土壤氮素循环转化有明显改善作用；其次，依据稻田土壤养分状况和叶片氮素含量决定施肥时间和施氮量，使其与作物对氮素的需求规律协调一致；另外，采用规律性适期施氮法按目标产量和本土化参数计算施氮量，减少稻田氮素损失，也可以显著提高水稻的氮利用效率。但是，能注意到氮素的利用效率不单是某个作物的特性，而是整个作物系统的特性，土壤中的有效氮含量、作物的田间管理、不同的轮作方式以及环境条件等都会影响作物对氮素的吸收与利用。因此，通过选育氮髙效利用的作物品种是提高氮素利用率最经济有效的手段，同时，NUE genes的鉴定与利用也愈加受到重视。

通过对水稻各类种质资源的鉴定与评价，发现不同的水稻种质材料在氮素吸收利用效率上存在显著的基因型差异。通过N高效基因/QTL的挖掘及功能研究表明水稻N肥吸收利用调控基因与株型、抽穗期、产量及生物量等多个性状相关，普遍具有“一因多效”功能。目前已鉴定到多个调控水稻氮高效利用的主效基因，会在低氮条件下增加单株有效穗数提高水稻产量。NGR5能与PRC2的蛋白复合物互作，通过介导组蛋白H3K27me3甲基化修饰水平调节靶基因的表达，进而调控水稻分蘖数等农艺性状及其对氮素的响应(Wu et al.,2020)。OsNRT1.1A与ARE1会在低氮条件下通过增加每穗粒数增加水稻产量，提高氮肥利用效率(Wang et al.,2018a；Wang et al.,2018b)。穗型和叶形调控主效QTL qNGR91能够在低氮条件下同时增加单株有效穗数和每穗粒数，增加水稻产量(Sun et al.,2014)。还能发现OsNR2，OsNRT1.1，OsNLP4-OsNiR位点的籼稻单倍型较粳稻单倍型具有更高的氮利用效率，这也在一定程度上解释了籼粳亚种间的氮利用效率差异(Chanh et al.,1981；Ta etal.,1981；Koutroubas et al.,2003)。

涉及的参考文献如下：

Ali J,Jewel ZA,Mahender A,Anandan A,Hernandez J,Li ZK.(2018)Moleculargenetics and breeding for nutrient use efficiency in rice.Int J Mol Sci 19:1762(Ali J,Jewel ZA,Mahender A,Anandan A,Hernandez J,Li ZK.(2018).水稻养分利用效率的分子遗传育种.Int J Mol Sci19:1762)；