[发明专利]利用CRISPR-Cas系统修饰OsHPH基因获得矮化水稻的系统及其应用

说明书

本发明提供了一种水稻株高相关基因OsHPH，以及在调控水稻株高的应用。通过CRISPR‑cas系统对该基因进行编辑后可以不同程度的降低水稻株高，T0代经过后代分离后，可以选育出不含有转基因成分的植株。这些植株可以作为杂交亲本进行生产应用，解决农业生产中杂交F1代株高过高容易倒伏的不良现象。

技术领域

本发明属于作物分子育种相关领域，具体的，本发明涉及利用CRISPR/Cas9技术对进行植物基因的编码编辑与应用，特别涉及与植物株高发育相关的基因及其编码基因与应用。

背景技术

水稻(Oryza sativa L.)作为我国乃至世界最重要的粮食作物之一，其产量的提高对解决未来全球粮食问题具有十分重要的战略意义。株高是水稻最重要的农艺性状之一。世界范围内的“绿色革命”就是以作物矮化育种为标志。然而，自20世纪60年代至今，育种上可利用优秀矮源并不多，过度应用有限的矮源可能会导致水稻品种遗传背景单一，从而导致品种抗病虫能力下降。特别是，随着杂交育种技术的突破和发展，杂种优势的充分利用也带来了株高的偏高的问题。

一般说来，高杆的水稻倒伏现象比较严重，矮杆水稻的抗倒伏能力比较强，因此培育矮杆水稻能够减少水稻的倒伏率、增加产量、提高品质，是现代水稻育种中的热点问题之一。随着科学技术的进步，分子生物学在水稻育种方面发挥着越来越重要的作用。

在现有技术中，已知的CN 102559653 A，提供了一种利用水稻中Dicer蛋白OsDCL3b培育矮杆水稻的方法，该方法是利用转基因抑制水稻细胞中OsDCL3b基因的表达，具体地是利用RNA干扰技术抑制水稻中OsDCL3b基因的表达从而获得矮杆的水稻。CN1101645 C公开了一种水稻显性半矮秆材料的选育方法及应用，以综合农艺性状优良的水稻品种配制杂交组合，从后代群体中，选择矮秆突变单株，混系繁殖，育成矮秆性状稳定的矮秆突变材料。利用该矮秆材料与已知矮秆基因来源为sd-1等矮源杂交，得知该水稻矮秆性状受一对主基团控制，且矮秆性状为显性。利用该半矮秆材料与植株明显偏高的材料或其它常规材料及不育系杂交，可育得正常株高的水稻品种。

随着近年来CRISPR/Cas9技术的研究，我们可以利用该技术对目标基因进行精确的编辑，从而产生我们需要的突变类型。CRISPR/Cas9可以在DNA靶位点产生DNA双链断裂(Double strand breaks,DSBs),对基因组定点编辑是通过控制DNA的修复途径实现的,DNA损伤后产生的DSBs激活细胞内固有的非同源末端连接(Non-homologous ending-joining,NHEJ)或同源重组(Homologous recombination,HR)两种不同的修复机制对损伤的DNA进行修复,从而实现对基因组的定点编辑。

本研究利用CRISPR/Cas9技术对目标基因不同的靶点进行定点编辑，得到了不同程度降低株高的后代植株，这对于常规育种与杂种优势的充分利用都起到了十分明显的降低株高的作用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，利用CRISPR/Cas9可以对目的基因进行定点编辑造成双链断裂(DSBs)，DNA损伤后产生的DSBs激活细胞内固有的非同源末端连接(Non-homologous ending-joining,NHEJ)或同源重组(Homologousrecombination,HR)两种不同的修复机制对损伤的DNA进行修复,从而实现对基因组的定点编辑。在不同的突变类型对水稻HPH基因进行定点编辑，得到不同程度矮化的植株。

本发明所要解决的技术问题是利用CRISPR/Cas9技术，精确编辑目的基因，提供一种调控水稻株高的方法。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了水稻株高相关基因OsHPH在调控水稻株高的应用。