OsPLDδ1在旱作农业生境下促进禾本科植物根系发育和籽粒产量中的应用

本发明属于基因工程。更具体地，涉及

ospldδ1在旱作农业生境下促进禾本科植物根系发育和籽粒产量中的应用。

背景技术：

1、水稻（

oryza satival.）是最主要的粮食作物之一，其产量对保障粮食安全至关重要。陆稻生长于无田埂，不具蓄水能力，无犁底层的旱作农业生境下，通过旱直播方式播种耕作，陆稻籽粒产量相对较低。与水稻相比，陆稻通过形成更发达的根系避免干旱带来的损害和对干旱环境的适应性，长且粗壮的根系是陆稻适应旱作农业生境的重要特征。在全球人口膨胀、气候变暖以及水资源短缺的情况下，培育节水抗旱稻或高产优质陆稻新品种，发展稻作旱作农业对确保国家粮食安全具有重要的现实意义。

2、磷脂是生物膜的主要成分，在信号传导中发挥重要作用，磷脂酶是主要的脂质降解酶。磷脂酶d（phospholipase d，pld）作用底物较为广泛，能专一性水解磷脂中的酯键生成磷脂酸和有机碱，在脂质代谢、生物膜形成、信号传导等方面发挥重要作用，pld在逆境胁迫下对保证水稻产量和品质也发挥着重要的作用。但磷脂酶基因家族的数量众多，并非所有的磷脂酶都具有调节植物根系发育和提高植物产量的能力，且同类基因的功能也有所区别。如，《磷脂酶d调控水稻稻飞虱抗性的生物学功能研究》一文中指出，水稻

ospldδ1-kos突变体的株高显著高于日本晴和

ospldδ1-oes过表达植株，

ospldδ1-kos突变体植株通过增加每穗粒数、结实率和千粒重显著提高了水稻的产量，而

ospldδ1-oes过表达植株在产量及其构成因素上则无显著差异，

ospldδ1基因可能在植物抗虫性和生长平衡中发挥重要作用。但目前仍缺乏可用于在旱作农业生境条件下调控陆稻根系发育及籽粒产量的磷脂酶，不利于节水高产陆稻的培育。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在提高禾本科植物根系发育和籽粒产量，促进禾本科植物旱地适应性中的应用。

2、本发明的第二个目的在于提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在提高禾本科植物根系发育中的应用。

3、本发明的第三个目的在于提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在旱作农业生境下提高禾本科植物根系发育和籽粒产量中的应用。

4、本发明的第四个目的在于提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在创制节水高产禾本科植物或创制根系发达的禾本科植物或创制在旱作农业生境下根系发达和籽粒产量提高的禾本科植物中的应用。

5、本发明的第五个目的在于提供一种创制节水且高产的禾本科植物的方法。

6、本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

7、本发明通过构建

ospldδ1的过表达重组载体和敲除载体，获得了

ospldδ1过表达转基因陆稻株系和功能缺失突变体陆稻，对

ospldδ1的功能进行了研究，本发明的研究结果表明，

ospldδ1可以调控陆稻的根系发育及其旱作农业生境下的籽粒产量，具体为，

ospldδ1-

oe陆稻株系的根数、根鲜重和根干重显著大于野生型，

ospldδ1-ko陆稻株系根长、根鲜重、根干重均显著低于野生型，即

ospldδ1-oe株系表现出更加发达的根系表型，

ospldδ1可调控陆稻的根系发育；其次，在旱作农业生境条件下，

ospldδ1-oe陆稻材料的穗长、有效穗数和穗粒数均高于野生型，进而

ospldδ1-oe陆稻的单穗产量、单株产量和小区产量显著提高，

ospldδ1-ko陆稻株系的穗长、有效穗数、穗粒数、粒重、单穗产量、单株产量、小区产量均显著降低，即

ospldδ1在旱作农业生境下可通过调控陆稻整体籽粒表型进而提高陆稻产量。

8、进一步地，

ospldδ1-oe小麦材料，在旱作农业生境条件下，小麦

ospldδ1-oe株系的植株更强壮，麦穗更大，千粒重、单穗产量和单株产量也显著提高，表明

ospldδ1能够显著提高小麦产量。因此，本发明的结果表明，

ospldδ1能够促进植物根系发育，在旱作农业生境条件下的陆稻和小麦中同步促进籽粒发育、提高产量，表明其在禾本科植物中具有功能保守性。

9、因此，本发明提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在提高禾本科植物旱地适应性中的应用，所述

ospldδ1的氨基酸序列如seq id no.2所示。

10、本发明还提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在提高禾本科植物根系发育中的应用，所述

ospldδ1的氨基酸序列如seq id no.2所示。

11、本发明还提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在旱作农业生境下提高禾本科植物根系发育和籽粒产量中的应用，所述

ospldδ1的氨基酸序列如seqid no.2所示。

12、进一步地，所述提高禾本科植物根系发育为提高禾本科植物根系的鲜重和干重。

13、进一步地，所述提高禾本科植物籽粒产量为促进禾本科植物的穗部籽粒发育，进而提高单穗产量、单株产量和小区产量。

14、本发明还提供过表达

ospldδ1基因或过表达

ospldδ1基因的生物材料在创制节水高产禾本科植物或创制根系发达的禾本科植物或创制在旱作农业生境下根系发达和籽粒产量提高的禾本科植物中的应用，所述

ospldδ1的氨基酸序列如seq id no.2所示。

15、进一步地，所述过表达

ospldδ1基因的生物材料为过表达

ospldδ1基因的表达盒、载体或菌株。

16、本发明还提供一种创制节水且高产的禾本科植物的方法，将

ospldδ1或过表达

ospldδ1基因的生物材料转化禾本科植物，培养、筛选过表达

ospldδ1基因的禾本科植物，即得；所述

ospldδ1的氨基酸序列如seq id no.2所示。

17、进一步地，所述

ospldδ1的核苷酸序列如seq id no.1所示。

18、进一步地，所述禾本科植物为陆稻或小麦。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明提供

ospldδ1在旱作农业生境下促进禾本科植物根系发育和籽粒产量中的应用。本发明通过构建

ospldδ1的过表达重组载体，获得

ospldδ1过表达转基因陆稻株系和小麦株系，结果表明，

ospldδ1在陆稻中过表达后，显著促进根系发育，在旱作农业生境下，陆稻整体长势增强，籽粒发育更好，产量显著提升，即

ospldδ1对旱作农业生境下陆稻籽粒产量形成具有正向调控作用；

ospldδ1在小麦中过表达后，也表现出促进小麦的籽粒增产的表型。即

ospldδ1可调控植物根系发育，进而促进植物旱地适应性，在旱地农业生境下也可提高禾本科植物的籽粒产量，可将

ospldδ1用于节水及高产陆稻和小麦品种的培育。本发明为节水高产种质资源创新及分子育种提供了一个新的基因资源，对解析禾本科植物旱地适应性进化和提高禾本科作物产量具有重要意义。