





 
			中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (2): 227-235.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.001
        
               		郭乃辉1,2( ), 张文忠1(
), 张文忠1( ), 圣忠华2(
), 圣忠华2( ), 胡培松1,2(
), 胡培松1,2( )
)
                  
        
        
        
        
    
收稿日期:2023-06-13
									
				
									
				
											接受日期:2023-07-24
									
				
											出版日期:2024-01-16
									
				
											发布日期:2024-01-19
									
			通信作者:
					联系方式:
				郭乃辉,E-mail:guonaihuirice@163.com。张文忠,E-mail:zwzhong@126.com。郭乃辉和张文忠为同等贡献作者。
				
							基金资助:
        
               		GUO  NaiHui1,2( ), ZHANG  WenZhong1(
), ZHANG  WenZhong1( ), SHENG  ZhongHua2(
), SHENG  ZhongHua2( ), HU  PeiSong1,2(
), HU  PeiSong1,2( )
)
			  
			
			
			
                
        
    
Received:2023-06-13
									
				
									
				
											Accepted:2023-07-24
									
				
											Published:2024-01-16
									
				
											Online:2024-01-19
									
			摘要:
【目的】 休眠是水稻重要的农艺性状。适当的休眠可以抑制水稻的穗发芽现象,是确保产量和品质的关键因素。然而,水稻休眠调控的基因及其调控网络仍需进一步研究。已知基因MODD编码未知功能的蛋白,负向调控水稻脱落酸信号和抗旱性,但其调控水稻休眠的功能未知。研究MODD在调控水稻休眠中的功能,有助于完善水稻休眠调控网络,同时为抗穗发芽遗传育种提供新的理论基础和种质资源。【方法】 根据RGAP数据库公布的基因序列,构建MODD的CRISPR-Cas9敲除载体,通过农杆菌介导的遗传转化方法转化中花11(ZH11)愈伤组织,从而获得水稻转基因植株;利用PCR扩增、测序技术及qRT-PCR技术筛选并鉴定MODD敲除纯合系;根据2个突变系(KO-1和KO-2)的CDS得到突变系的氨基酸序列,然后,用DNAMAN对比ZH11和2个突变系(KO-1和KO-2)的蛋白序列;利用Linux系统筛选出MODD在水稻中的同源基因;取开花后35 d的种子,调查ZH11和敲除系的发芽率;利用酵母单杂和LUC试验验证MODD的上游基因。【结果】 查找到水稻中有6个MODD的同源基因,分别为LOC_Os07g41160、LOC_Os03g30570、LOC_Os03g53630、LOC_Os04g35430、LOC_Os03g17050和LOC_Os06g01170;成功构建了敲除载体,并转入ZH11中,获得2个纯合突变系(KO-1和KO-2);qRT-PCR结果表明,2个突变系(KO-1和KO-2)的MODD表达量显著降低;蛋白序列分析表明,KO-1和KO-2的移码突变造成了蛋白翻译的提前终止;发芽率结果显示,2个突变系(KO-1和KO-2)的发芽率在吸水第3天比ZH11分别显著降低了15%和15%;之后差异逐渐扩大,在第6天差异达到最大,比ZH11分别显著降低35%和35%;2个突变系(KO-1和KO-2)的穗发芽现象显著低于ZH11;酵母单杂试验结果表明,在酵母中,ABI5可以结合MODD的启动子区域,并且进一步把结合范围缩小至300 bp以内;LUC结果显示,加入ABI5的荧光值是单独加NONE空载荧光值的2.6倍,说明ABI5可以激活MODD的表达。【结论】 敲除MODD可以增加种子的休眠,MODD可能通过ABA信号途径调控种子休眠。
郭乃辉, 张文忠, 圣忠华, 胡培松. 利用CRISPR/Cas9技术编辑MODD增强水稻休眠性[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 227-235.
GUO NaiHui, ZHANG WenZhong, SHENG ZhongHua, HU PeiSong. CRISPR/Cas9-Mediated Editing of MODD Enhances Rice Dormancy[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(2): 227-235.
 
												
												表1
文中的引物"
| 引物名称Primer name | 引物序列Primer sequence (5′-3′) | 用途Usage | 
|---|---|---|
| MODD-CRISPR-F | TGTGTGGGATGAATGGAGGAAGCGAA | CRISPR/Cas9载体构建 CRISPR/Cas9 vector construction | 
| MODD-CRISPR-R | AAACTTCGCTTCCTCCATTCATCCCA | |
| CX-F | TCCCAGTCACGTTGTAA | 筛选阳性克隆Screening for positive clones | 
| pLACZ-MODD-F | ATCTGTCGACCTCGAGACTCAAACGGACGAAATATGTGG | 酵母单杂Y1H | 
| pLACZ-MODD-R | GAGCACATGCCTCGAGTCCGGCAAGCTAGCTAGCCA | |
| PB42AD-ABI5-F | TGCCTCTCCCGAATTCATGGCATCGGAGATGAGCAA | |
| PB42AD-ABI5-R | CGAGTCGGCCGAATTCTCACCACATGCAGCTGCCGC | |
| pLACZ-MODD-1-F | ATCTGTCGACCTCGAGACTCAAACGGACGAAATATGTGG | |
| pLACZ-MODD-1-R | GAGCACATGCCTCGAGGGCCGCTGCGACGAG | |
| pLACZ-MODD-2-F | ATCTGTCGACCTCGAGGTACGGCCCGGCCC | |
| pLACZ-MODD-2-R | GAGCACATGCCTCGAGTTCTCACCCGATCCACACC | |
| pLACZ-MODD-3-F | ATCTGTCGACCTCGAGACGTGTCGGTGTGGAGGG | |
| pLACZ-MODD-3-R | GAGCACATGCCTCGAGGAGCCGAAGCCGACCAG | |
| pLACZ-MODD-4-F | ATCTGTCGACCTCGAGCTACGGCGATGGTCGGCTTGA | |
| pLACZ-MODD-4-R | GAGCACATGCCTCGAGTCCGGCAAGCTAGCTAGCCA | |
| p190Luc-MODD-F | GGCCAGTGCCAAGCTTACTCAAACGGACGAAATATGTGG | LUC活性检测 LUC activity test | 
| p190Luc-MODD-R | AGGGTCTTGCAGATCTTCCGGCAAGCTAGCTAGCCA | |
| NONE-ABI5-F | TAGAACTAGTGGATCCATGGCATCGGAGATGAGCA | |
| NONE-ABI5-R | GCTTGATATCGAATTCTCACCACATGCAGCTGCC | |
| OsActin-qF | GTCCTCTTCCAGCCTTCCTT | 实时荧光定量分析 qRT-PCR | 
| OsActin-qR | CTCATCCTGTCAGCAATGCC | |
| MODD-qF | GCAAGAGGGTTGAAGGCTTC | |
| MODD-qR | GGGATAGGGTTGACGACGAT | 
| [1] | doi: 10.1111/jipb.2007.49.issue-6 | 
| [2] |  | 
| [3] | 胡伟民, 马华升, 樊龙江, 阮松林. 杂交水稻制种不育系穗上发芽特性. 作物学报, 2003, 29(3): 441-446. | 
|  | |
| [4] | 马良勇, 杨长登, 李西明, 庄杰云. 早稻穗发芽对水稻产量和米质的影响. 中国稻米, 2004, 10(1): 15-16. | 
|  | |
| [5] | 钱松, 王春歌, 杨亚东, 王春松, 黄欢. 穗发芽对南粳9108稻米品质的影响. 农业工程技术, 2021, 41(32): 18-19. | 
|  | |
| [6] | 彭智群, 王道泽, 王宏. 种子休眠及其解除方法. 上海蔬菜, 2009(4): 80-81. | 
|  | |
| [7] | doi: 10.1007/s001220051360 | 
| [8] | doi: 10.1007/s00122-003-1270-8 | 
| [9] | doi: 10.1111/pbr.2005.124.issue-3 | 
| [10] | doi: 10.1111/nph.2006.170.issue-1 | 
| [11] | doi: 10.1534/genetics.166.3.1503 | 
| [12] | doi: 10.1038/sj.hdy.6800757 pmid: 16189540 | 
| [13] | doi: 10.1007/s00122-005-1939-2 | 
| [14] | doi: 10.1007/s11103-009-9555-1 | 
| [15] | doi: 10.1007/s001220050831 | 
| [16] | doi: 10.1016/S0378-4290(02)00217-4 | 
| [17] | doi: 10.1007/s10681-004-2293-1 | 
| [18] | doi: 10.2135/cropsci2005.0712 | 
| [19] | doi: 10.1016/j.plantsci.2005.11.011 | 
| [20] | doi: 10.1007/s00425-013-1991-0 | 
| [21] | doi: 10.1038/s41588-022-01240-7 pmid: 36471073 | 
| [22] |  | 
| [23] | doi: 10.1016/j.cj.2020.06.005 | 
| [24] | doi: 10.1104/pp.15.01202 pmid: 26373662 | 
| [25] | doi: 10.1111/pbr.2011.130.issue-3 | 
| [26] | doi: 10.1016/j.plantsci.2020.110570 | 
| [27] | doi: 10.1534/genetics.111.131169 | 
| [28] | doi: 10.1021/acs.jafc.0c04748 | 
| [29] | doi: 10.1038/s41588-018-0229-2 pmid: 30250128 | 
| [30] |  | 
| [31] |  | 
| [32] | doi: 10.3390/ijms24076088 | 
| [33] | doi: 10.1105/tpc.16.00171 pmid: 27468891 | 
| [34] | doi: 10.1038/nmeth.2812 pmid: 24481216 | 
| [35] |  | 
| [36] | doi: 10.1111/tpj.12472 pmid: 24520869 | 
| [37] | doi: 10.1104/pp.108.126938 | 
| [38] | doi: 10.1371/journal.pgen.1003577 | 
| [39] | doi: 10.1111/tpj.2014.79.issue-5 | 
| [40] |  | 
| [41] | doi: 10.1038/s41467-022-31844-w | 
| [1] | 许娜, 唐颖, 徐正进, 孙健, 徐铨. 籼粳杂种不育的遗传分析和候选基因鉴定[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1417-1429. | 
| [2] | 陈兵先, 张琪, 戴彰言, 周旭, 刘军. 水杨酸引发提高低温下水稻种子萌发活力的生理与分子效应[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1220-1236. | 
| [3] | 董慧雪, 陈倩, 郭晓江, 王际睿. 小麦穗发芽抗性机制及抗性育种研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1237-1254. | 
| [4] | 宋雅荣, 常单娜, 周国朋, 高嵩涓, 段廷玉, 曹卫东. 解磷细菌活化水稻土中低品位磷矿粉的效果与机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1102-1116. | 
| [5] | 张必东, 林泓, 朱思颖, 李忠成, 庄慧, 李云峰. 水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 429-441. | 
| [6] | 刘苡含, 牟青山, 贺响, 陈敏, 胡晋, 关亚静. OsFWL3调控水稻金属离子转运和积累的研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4161-4174. | 
| [7] | 蔡玉彪, 张坤杰, 王雅宣, 赖凤香, 何佳春, 万品俊, 傅强. 水稻品种对褐飞虱趋向二化螟危害株习性的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 3998-4006. | 
| [8] | 张亚玲, 付忠举, 李雪, 孙宇佳, 赵羽涵, 顾欣怡, 王艳霞, 靳学慧, 吴伟怀, 华丽霞. 黑龙江、四川和海南省稻作区水稻穗腐病病原比较分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 278-294. | 
| [9] | 翁文安, 邢志鹏, 胡群, 魏海燕, 史扬杰, 奚小波, 李秀丽, 刘桂云, 陈娟, 袁风萍, 孟轶, 廖萍, 高辉, 张洪程. 无人化旱直播模式对水稻产量、品质和经济效益的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(17): 3350-3365. | 
| [10] | 苏素苗, 康天恺, 邹家龙, 汪本福, 张洋洋, 廖世鹏, 李小坤. 不同水稻品种和施锌方式对水稻产量及籽粒锌有效性的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 3023-3034. | 
| [11] | 鄢柳慧, 钟琦, 马增凤, 韦敏益, 刘驰, 秦媛媛, 周小龙, 黄大辉, 卢颖萍, 秦钢, 张月雄. 普通野生稻早抽穗基因OsEHD8的鉴定与进化分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(14): 2703-2716. | 
| [12] | 张建桃, 黄路生, 刘广彬, 兰玉彬, 文晟. 农药液滴在水稻叶面的动态润湿铺展行为[J]. 中国农业科学, 2024, 57(13): 2583-2598. | 
| [13] | 舒小伟, 王树深, 伏桐, 王子涵, 丁周宇, 杨英, 赵士茹, 周娟, 黄建晔, 姚友礼, 王余龙, 董桂春. 小麦秸秆还田后不同水稻品种对简化穗肥施用的响应及其成因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1961-1978. | 
| [14] | 房康睿, 龙世平, 彭斯文, 陈山, 廖育林, 徐新朋, 赵士诚, 仇少君, 何萍, 周卫. 洞庭湖区典型稻田玉米水稻轮作下土壤—作物系统对施氮措施的响应[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1979-1994. | 
| [15] | 温一博, 陈淑婷, 徐正进, 孙健, 徐铨. DEP1、Gn1a和qSW5组合应用调控水稻穗部性状[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1218-1227. | 
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