一种普通小麦高单株产量基因及基因构建方法和应用

本发明涉及小麦基因，具体的，涉及一种普通小麦高单株产量基因及基因构建方法和应用。

背景技术：

1、在之前的研究中我们发现3a染色体上的与小麦穗粒数和千粒重均显著相关。如中国专利cn111187852b，记载了一个与小麦产量相关的snp位点及其应用，本发明公开的snp位点为小麦基因组上位于3a染色体上的第549903090位的snp位点c549903090g，即序列表中序列3自5’端起第415位核苷酸；所述c549903090g位点为c/g多态，本发明又基于该snp位点开发了caps分子标记，并提供了一种鉴定待测小麦产量相关性状的方法，本发明通过大量小麦材料进行实验验证发现：基因型为gg的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数显著高于基因型为cc的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数，即c549903090g snp位点的gg基因型与小麦的穗粒数和千粒重成极显著的正相关，而cc基因型与小麦的穗粒数和千粒重呈极显著的负相关。

2、为此，我们进一步采用遗传学方法研究了该snp位点影响小麦产量相关性状的功能。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对以上问题提供一种普通小麦高单株产量基因及基因构建方法和应用，提高普通小麦单株产量。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种普通小麦高单株产量基因，核苷酸序列如seqid no.1所示，核苷酸序列具体如下：

3、atggtcgtcacgaacaaagcgcgtgcgagagagatgagactgataaccgctctcttcgtgctcagctgcctcctcaagacaacgacgacgagccccgccacctgggcgtactcacgtgatgatgcgctcgcctggaggccggcctcctccttactccaccagctccgccacctcggggtccgcgcgctgatccgtgacgacgccgaggccaccgcgctggcgtccgccgacttcggcaacatgtcggacgcccaaccgccggcggcggccgtgctttacccgtcgtgccccgaggacatcgccacgctgctgcgcgcctcgtgcacgcgcccctccccgttccccgtgtctgcccggggctgcggccactcgacccgaggccaggcgtccgcaccccgcggcgtcgtcgtcgacatgatgtcgctcgggtgccacgccggcggctcagccagccgcctctccgtctcggtcgacggccgctacgtcgacgccggtggcgagcagctgtgggtggacgtgctgcgtgccgccctggcgcacggactcaccccgaggtcgtggaccgactaccttcacctcaccgtcggaggcaccctctccaacgcgggcatcagcggccaggccttccgccacggcccccagatatccaacgtccaagaactcgacgtgatcaccgggctcggggagatggtgagatgctcaaaggaaaagcacggggacctgttcgacgccgtgctgggcgggctggggcagttcggcgtcataacgcgggcgcgcatcccactgacgccggcgccggcgagggcgcgctgggttcggctcttctacacgggcgccgcggcgctcacgggcgaccaggagcggctcatcggcgtcgacctcggcaccgctgtctccgggctcatggactacgtggagggctcggtggtgctcgcggaccagggccgcgtgggcagctggcggtcgtccttcttctcggacgccgacgcggcgcgcatcgccgcgctcgctgaggaggtgggcggggtcctttactgcctcgagggagcgctgtactacggcggcgccgctcgcggcggcgaggctgacgtcgatcagaggctgaatgtgctgctgggggagctgcggtacgcgcgcgggttcgcgttcgtgcaggacgtgtcgtacgcggggttccttgaccgggtgcgcgacggcgagctcaagctccgcgcctccggcctctgggacgtgccgcatccctggctcaacctcttcctcccgcgctcccgcgtcctcgacttcgccgccggcgtcttccacggcatcctccgccgtgacagcaccaccggcgccatgggacccgtcctcgtctaccccatgaaccggaacaggtgggacgccgacacgtccgcggtgctcccggaggaggaggaggtgttctacaccgtggggatcctgcggtcgtcggtgccggcgtcgacggacggtggccgccagctgctgaggcgcctggaggagcagaacgaggaaatcttacgattctgcgaggaggccgggataccgtgcgtgcagtacctgccgtactacgccgaccaggacgggtgggagaagaagcactttggtctagccaagtgggccagattcgtggatcggaagaggaagtatgatcccaaggcgatcctgtcccgtggtcagagaattttcacctccccgctcgcttga。

4、或者，另一种普通小麦高单株产量基因，核苷酸序列如seq id no.2所示，核苷酸序列具体如下：

5、atggtcgtcacgaacaaagcgcgtgcgagagagatgagactgataaccgctctcttcgtgctcagctgcctcctcaagacaacgacgacgagccccgccacctgggcgtactcacgtgatgatgcgctcgcctggaggccggcctcctccttactccaccagctccgccacctcggggtccgcgcgctgatccgtgacgacgccgaggccaccgcgctggcgtccgccgacttcggcaacatgtcggacgcccaaccgccggcggcggccgtgctttacccgtcgtgccccgaggacatcgccacgctgctgcgcgcctcgtgcacgcgcccctccccgttccccgtgtctgcccggggctgcggccactcgacccgaggccaggcgtccgcaccccgcggcgtcgtcgtcgacatgatgtcgctcgggtgccacgccggcggctcagccagccgcctctccgtctcggtcgacggccgctacgtcgacgccggtggcgagcagctgtgggtggacgtgctgcgtgccgccctggcgcacggactcaccccgaggtcgtggaccgactaccttcacctcaccgtcggaggcaccctctccaacgcgggcatcagcggccaggccttccgccacggcccccagatatccaacgtccaagaactcgacgtgatcaccgggctcggggagatggtgagatgctcaaaggaaaagcacggggacctgttcgacgccgtgctgggcgggctggggcagttcggcgtcataacgcgggcgcgcatcccactgacgccggcgccggcgagggcgcgctgggttcggctcttctacacgggcgccgcggcgctcacgggcgaccaggagcggctcatcggcgtcgacctcggcaccgctgtctccgggctcatggactacgtggagggctcggtggtgctcgcggaccagggccgcgtgggcagctggcggtcgtccttcttctcggacgccgacgcggcgcgcatcgccgcgctcgctgaggaggtgggcggggtcctttactgcctcgagggagcgctgtactacggcggcgccgctcgcggcggcgaggctgacgtcgatcagaggctgaatgtgctgctgggggagctgcggtacgcgcgcgggttcgcgttcgtgcaggacgtgtcgtacgcggggttccttgaccgggtgcgcgacggcgagctcaagctccgcgcctccggcctctgggacgtgccgcatccctggctcaacctcttcctcccgcgctcccgcgtcctcgacttcgccgccggcgtcttccacggcatcctccgccgtgacagcaccaccggcgccatgggacccgtcctcgtctaccccatgaaccggaacaggtgggacgccgacacgtccgcggtgctcccggaggaggaggaggtgttctacaccgtggggatcctgcggtcgtcggtgccggcgtcgacggacggtggccgccagctgctgaggcgcctggaggagcagaacgaaaaaatcttacgattctgcgaggaggccgggataccgtgcgtgcagtacctgccgtactacgccgaccaggacgggtgggagaagaagcactttggtctagccaagtgggccagattcgtggatcggaagaggaagtatgatcccaaggcgatcctgtcccgtggtcagagaattttcacctccccgctcgcttga。

6、在该研究中，我们的目的是针对snp c549903090g进行编辑，随之引起了g549903087a、g549903088a的改变。

7、研究发现tackx2.8-3a-snp-29突变体与野生型fielder（基因型gg）相比，能够进一步显著提高小麦穗粒数、单株粒数、单穗籽粒产量以及单株籽粒产量。该基因位点（基因型aa）的突变类型在小麦自然群体中不存在，且具有显著提高小麦穗粒数、单株粒数、单穗籽粒产量以及单株籽粒产量的作用，对小麦产量性状的改良将具有重要意义。

8、一种基因的构建方法，包括以下步骤：

9、步骤s1、对普通小麦3a染色体上的c549903090g位点进行编辑，产生碱基的转换g549903090a；

10、步骤s2、获得纯合的tackx2.8-3a-snp-29突变体。

11、使用基因测序或者 bglii酶切鉴定来判断c549903090g位点的碱基是否发生了变化。

12、c549903090g位点产生碱基的转换g549903090a，最终导致tackx2.8-3a蛋白第493位氨基酸发生了从谷氨酸e到赖氨酸k的变化，即：e493k。

13、优选的，在步骤s1中，基因编辑采用crispr/cas9系统。

14、crispr/cas9系统是研究最深入，应用最成熟的一种高效的基因编辑工具。

15、优选的，在步骤s2中，纯合的tackx2.8-3a-snp-29突变体不含cas9基因。

16、cas9基因编码蛋白是参与基因编辑的关键蛋白。通常基因编辑植株会共转化一个cas9基因。具体分析基因功能时候，将cas9基因筛出去，以避免它可能会带来的一些未知功能。

17、优选的，在步骤s1中，对编辑后的基因进行鉴定，包括鉴定方法一或鉴定方法二：

18、鉴定方法一、测序；

19、鉴定方法二、采用bglii酶切鉴定，tackx2.8-3a-snp-29不能被切开，tackx2.8-3a-g能被切开。

20、使用基因测序或者bglii酶切鉴定来判断c549903090g位点的碱基是否发生了变化。

21、c549903090g位点产生碱基的转换g549903090a，最终导致tackx2.8-3a蛋白第493位氨基酸发生了从谷氨酸e到赖氨酸k的变化，即：e493k。

22、如上所述基因在提高普通小麦单穗籽粒数中的应用。

23、如上所述基因在提高普通小麦单株籽粒数中的应用。

24、纯合tackx2.8-3a-snp-29突变体和野生型fielder进行比较，发现tackx2.8-3a-snp-29突变体的穗长和小穗数均显著增加。进一步对穗部性状进行分析发现，tackx2.8-3a-snp-29突变体小穗的平均结实数多于野生型fielder，其中在第3-5节以及第9-16节，小穗的结实数要显著多于野生型fielder。

25、由于tackx2.8-3a-snp-29在穗长和小穗结实数上显著增加，导致其穗粒数与野生型fielder相比显著增加。在同样的生长条件下，野生型fielder的平均穗粒数为32.68±6.30个，而tackx2.8-3a-snp-29的平均穗粒数为41.93±3.33个，平均比野生型多9个。同时，我们比较了二者籽粒大小和重量的变化。结果显示tackx2.8-3a-snp-29和野生型fielder相比，其籽粒大小没有显著的变化。

26、如上所述基因在提高普通小麦单穗产量中的应用。

27、如上所述基因在提高普通小麦单株产量中的应用。

28、我们比较了tackx2.8-3a-snp-29突变体和野生型fielder单株穗数，发现二者没有显著差异。进一步发现tackx2.8-3a-snp-29突变体单穗籽粒产量和单株籽粒产量均比野生型fielder显著增加。

29、研究发现tackx2.8-3a-snp-29突变体与野生型fielder（基因型gg）相比，能够进一步显著提高小麦穗粒数、单株粒数、单穗籽粒产量以及单株籽粒产量。该基因位点（基因型aa）的突变类型在小麦自然群体中不存在，且具有显著提高小麦穗粒数、单株粒数、单穗籽粒产量以及单株籽粒产量的作用，对小麦产量性状的改良将具有重要意义。

30、综上所述，本发明的有益效果在于：c549903090g位点产生碱基的转换g549903090a，最终导致tackx2.8-3a蛋白第493位氨基酸发生了从谷氨酸e到赖氨酸k的变化，即：e493k。研究发现tackx2.8-3a-snp-29突变体与野生型fielder（基因型gg）相比，能够进一步显著提高小麦穗粒数、单株粒数、单穗籽粒产量以及单株籽粒产量。该基因位点（基因型aa）的突变类型在小麦自然群体中不存在，且具有显著提高小麦穗粒数、单株粒数、单穗籽粒产量以及单株籽粒产量的作用，对小麦产量性状的改良将具有重要意义。