[发明专利]组蛋白去甲基化酶基因OsJMJ718及其编码蛋白在调控水稻种子活力中的应用

说明书

本发明公开了组蛋白去甲基化酶基因OsJMJ718在调控植物种子活力中的应用。本发明通过分别构建OsJMJ718基因的过表达载体和CRISPR/Cas9敲除载体并转化水稻中花11，分别获得OsJMJ718基因的超表达和功能缺失突变体转基因植株；结果显示，突变OsJMJ718基因影响正常条件下水稻种子萌发及幼苗建成能力，表明OsJMJ718基因调控水稻种子活力，为培育高活力水稻品种奠定了基础，也有利于直播稻生产。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，更具体地，涉及组蛋白去甲基化酶基因OsJMJ718及其编码蛋白OsJMJ718在调控水稻种子活力中的应用。

背景技术

高活力种子在田间具有发芽整齐、成苗快、幼苗生长强等特性。因此，挖掘水稻种子活力关键基因，阐明其调控作用机制，对保障直播稻产量具有重要意义。虽然种子活力对作物生产至关重要，但对种子活力的分子机制仍知之甚少。

人们已经使用了一系列工具来解决这个问题，包括基因图谱、转录组和蛋白质组。据报道，活性氧是种子老化过程中的主要损伤因素之一。脂质过氧化导致细胞膜完整性的丧失也会对种子活力造成损害。此外，能量代谢、RNA修复损伤和蛋白质合成以及DNA降解被认为是影响种子衰老过程中活力损失的因素。水稻种子活力研究方面已有一些报道。调控水稻种子活力、寿命等品质相关性状的数量性状位点(QTLs)已在水稻中得到鉴定。位于染色体2和8上的两个QTLs： qSL-2和qSL-8，可以增加种子的寿命。蛋白质组学和代谢组学研究发现更多与老化过程种子寿命有关的蛋白，包括谷胱甘肽水解蛋白、DNA损伤修复蛋白、胚胎发育后期富含蛋白质(LEA)。脱氢酶和酯酶活性以及抗氧化能力与水稻种子活力呈正相关。研究发现小RNA：miR164c和miR168a也参与调控水稻活力。挖掘和研究更多的种子活力功能基因，解析它们之间的内在联系和分子调控机制，对水稻培育高活力的品种具有重要的理论和现实意义。

组蛋白去甲基化酶是可以脱去组蛋白甲基化的一类酶，主要有LSD1和JmjC 家族去甲基化酶两类，而水稻中则存在着多种JmjC组蛋白去甲基酶。Sun Q等研究发现OsJMJ706参与水稻花发育的调控(Qianwen Sun,Dao-Xiu Zhou.Rice jmjC domain-containinggene JMJ706 encodes H3K9 demethylase required for floral organ development[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States ofAmerica,2016,105(36):13679–13684)；Chen等发现OsJMJ703可特异性逆转水稻中H3K4me，该基因的功能缺失突变影响了茎的伸长和植物的生长(Chen Q,Chen X,Wang Q,Zhang F,Lou Z,Zhang Q,Zhou DX.Structural basis of a histone H3 lysine 4demethylaserequired for stem elongation in rice.PLoS Genet. 2013；9(1):e1003239.doi:10.1371/journal.pgen.1003239.Epub 2013Jan 24.PMID: 23357881；PMCID:PMC3554631.)；Tiantian Li等发现OsJMJ705过表达降低了 H3K27me2/3的静息水平，增强了水稻对细菌性枯萎病病原菌的抗性(Li T,Chen X,Zhong X,Zhao Y,Liu X,Zhou S,Cheng S,Zhou DX.Jumonji C domain protein JMJ705-mediated removal of histoneH3 lysine 27trimethylation is involved in defense-related gene activation inrice.Plant Cell.2013 Nov；25(11):4725-36.doi: 10.1105/tpc.113.118802.Epub2013Nov26.PMID:24280387；PMCID:PMC3875746.)； CN111662926A公开了组蛋白去甲基化酶JMJ708可以水稻抗倒伏性能。组蛋白去甲基化酶OsJMJ718也是JmjC组蛋白去甲基酶家族的成员之一，现有公开其能特异去除组蛋白H3K9位点的甲基化修饰从而激活基因的表达。然而目前关于组蛋白去甲基化酶OsJMJ718对水稻种子活力方面的影响还未见相关报道。