[发明专利]创制矮杆直立株型的水稻种质的方法及其应用

说明书

本申请公开了创制矮杆直立株型的水稻种质的方法，其包括修饰水稻中的OsSMG1(OsMKK4)基因，使其功能减弱或丧失。本申请还公开了通过所述方法创制的水稻用于育种或改良种质资源的用途，能够靶向水稻OsSMG1(OsMKK4)基因的sgRNA，以及能够靶向水稻OsSMG1(OsMKK4)基因的CRISPR/Cas9编辑载体。本申请为水稻育种改良提供了一种新的方法，特别是对于一些其它性状良好，株型和粒型产量尚需改良的品种，提供了一种便捷高效的改良策略。本申请所述的OsSMG1(OsMKK4)基因及靶向该基因的方法为水稻制种提供了一个可利用的基因资源和改良策略。

技术领域

本申请涉及基因编辑技术领域，尤其涉及一种以CRISPR/Cas9基因编辑技术创制OsSMG1(OsMKK4)基因突变体来改变水稻株型的方法。

背景技术

水稻是中国主要的粮食作物，全国60％以上的人口以稻米为主食。水稻株型是水稻重要农艺性状，矮杆直立株型有利于密植及抗倒伏。水稻籽粒形状是影响产量的重要性状之一，不同的消费者对粒型也有不同的要求。通常情况下产量性状与粒型直接相关，但小粒型水稻也有获得高产的可能性。含有小粒型基因的种质可以用于制种，包括机械化制种。例如可以将小粒型不育系和大粒型恢复系进行杂交，从而产生小粒型的有效杂交后代。可以进行机械化制种，以便于筛选并提高制种效率。

以Cas9为代表的基因编辑技术是近年来分子育种领域的热点技术，它能够实现亲本目标性状的快速精准改良，且不涉及转基因安全问题。该技术在育种中的应用大多数是通过对目标基因进行碱基的添加或删除，从而使基因功能失活，获得相应的目标性状。目前还没有利用CRISPR技术编辑OsSMG1(OsMKK4)基因，创制矮杆直立株型的水稻种质的相关研究。

发明内容

本申请涉及一种以CRISPR/Cas9基因编辑技术创制OsSMG1(OsMKK4)基因突变体来改良水稻株型的方法。最终获得了株型矮杆直立的水稻品种。为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

在第一方面，本申请提供了创制矮杆直立株型的水稻种质的方法，其包括修饰水稻中的OsSMG1(OsMKK4)基因，使其功能减弱或丧失。

在一些实施方案中，所述修饰通过基因编辑进行。

在一些实施方案中，所述OsSMG1(OsMKK4)基因包含以下序列或由以下序列组成：SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列或与其具有至少90％、95％、99％或更高的序列同一性并编码相同功能的蛋白质的活性变体序列，或者编码SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列或与其具有至少90％、95％、99％或更高的序列同一性的保留其功能的活性变体序列的核苷酸序列。

在优选的实施方案中，所述水稻为籼稻或粳稻。

在一些实施方案中，所述基因编辑通过选自以下的序列特异性核酸酶中的一种或多种进行：CRISPR/Cas9、CRISPR/Cpf1、CRISPR/Cas12a、TALEN、大范围核酸酶和ZFN。优选地，所述基因编辑通过CRISPR/Cas9进行。

在一些实施方案中，所述CRISPR/Cas9包含Cas9，其中所述Cas9包含SEQ ID NO：5所示的核苷酸序列或与其具有至少90％、95％、99％或更高的序列同一性并编码相同功能的蛋白质的活性变体序列。

在一些实施方案中，所述CRISPR/Cas9包含导向RNA(sgRNA)，其中所述sgRNA靶向OsSMG1(OsMKK4)基因。

在一些具体的实施方案中，所述sgRNA靶向SEQ ID NO:3所示的核苷酸序列。

在一些具体的实施方案中，所述sgRNA包含SEQ ID NO:4所示的核苷酸序列或与其具有至少90％、95％、99％或更高的序列同一性的保留其功能的活性变体序列。