一种禾本科PACMAD类群HB基因及其在作物增产、抗高温中的用途

本发明属于基因工程，具体涉及一种禾本科pacmad类群hb基因及其在作物增产、抗高温中的用途。

背景技术：

1、禾本科是单子叶植物纲禾本目中的一个科，包含约10000种物种，广泛分布于世界各地，其中，谷物类禾本科植物是全球最主要的农作物。而伴随着全球气候变暖，农作物产量及粮食安全受到威胁。在温带和亚热带地区，高温已经成为影响水稻生产的主要灾害性气候因素。peng等的研究表明气候平均温度每升高1℃可使水稻减产10％。极端天气频发，使得水稻生长环境恶化，源库关系失调，对产量造成不良影响。因此，保证禾本科植物在高温环境中的产量对于粮食安全尤为重要。

2、在当前的分类体系下，禾本科中的12个亚科通常被分为三个类群：基部类群、bop类群和pacmad类群。基部类群含3个亚科：柊叶竺亚科(anomochlooideae)、服叶竺亚科(pharoideae)和姜叶竺亚科(puelieae)；bop类群包括：稻亚科(oryzoideae)、竹亚科(bambusoideae)和早熟禾亚科(pooideae)；pacmad类群包括：三芒草亚科(aristidoideae)、芦竹亚科(arundiaceae)、百生草亚科(micrairoideae)、扁芒草亚科(danthonioideae)、虎尾草亚科(chloridoideae)和黍亚科(panicoideae)。

3、bop和pacmad分支均是从基部类群中进化来的，但pacmad是在高温选择压力下进化而来的，与bop歧化。现代禾本科各亚科分布区域的气候特征分析符合进化规律，以水稻、小麦等作物为代表的bop类群偏好分布于凉爽地区；以玉米、高粱和小米等作物为代表的pacmad类群偏好分布于较为湿热的地区。

4、我们发现，pacmad类群在适应热带环境的演化过程中选择的基因与bop类群演化过程中选择的基因存在差异，且前者可能会通过促进生长等方式获取更多的光能以建立植物在热带环境中的生态优势，但目前还未见报道pacmad类群中的hb基因与禾本科植物耐高温性能或产量之间具有关联的相关报道。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种禾本科pacmad类群hb基因及其在作物增产、抗高温中的用途，以提升作物的产量，改善其在高温环境中的抗逆性。

2、为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种禾本科pacmad类群特有的hb基因，由pacmad类群祖先在4900万年前地球高温纪元选择进化而成。

4、进一步地，hb基因来自pacmad类群所包含的三芒草亚科、芦竹亚科、百生草亚科、扁芒草亚科、虎尾草亚科和黍亚科植物。

5、进一步地，hb基因包括但不限于(物种名/基因名)：

6、珍珠粟cenchrus_americanus/pgl_glean_10021578,

7、珍珠粟cenchrus_americanus/pgl_glean_10021577,

8、无芒隐子草cleistogenes_songorica/csa702234.1,

9、无芒隐子草cleistogenes_songorica/csa702236.1,

10、薏苡coix_lacryma-jobi/cl032106_t1,

11、马唐digitaria_exilis/de010331g0300.1,

12、马唐digitaria_exilis/de011001g0189.1,

13、细叶旱稗echinochloa_crus-galli/ah05.717.mrna1,

14、细叶旱稗echinochloa_crus-galli/bh05.779.mrna1,

15、echinochloa_oryzicola/bt05.1099.mrna1,

16、弯叶画眉草eragrostis_curvula/transcript:tvu18330,

17、假俭草eremochloa_ophiuroides/evm.model.ctg494.81,假俭草eremochloa_ophiuroides/evm.model.ctg494.82,erianthus_rufipilus/eru01g003650.t1,erianthus_rufipilus/eru07g006240.t1,erianthus_rufipilus/eru07g006241.t1,

18、南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus3508,

19、南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus9015,

20、南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus9016,

21、南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus56537,

22、南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus56538,

23、南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus59015,南荻miscanthus_lutarioriparius/rna-ncgr_locus59016,oropetium_thomaeum/oropetium_20150105_27740a.v1.0,

24、短花稻oryza_brachyantha/rna-xm_015836963.2,长药稻oryza_longistaminata/transcript:kn538901.1_fgt001,panicum_hallii/rna-xm_025949443.1,panicum_hallii/rna-xm_025950752.1,

25、稷panicum_miliaceum/transcript:longmi025112_t1,

26、稷panicum_miliaceum/transcript:longmi028927_t1,

27、稷panicum_miliaceum/transcript:longmi028928_t1,

28、柳枝稷panicum_virgatum/rna-xm_039980348.1,

29、柳枝稷panicum_virgatum/rna-xm_039980349.1,

30、柳枝稷panicum_virgatum/rna-xm_039942950.1,

31、柳枝稷panicum_virgatum/rna-xm_039942949.1,

32、柳枝稷panicum_virgatum/rna-xm_039942948.1,

33、柳枝稷paspalum_vaginatum/pavag09g010600.1.v3.1,

34、柳枝稷paspalum_vaginatum/pavag09g010700.1.v3.1,

35、芦苇phragmites_australis/pau_c03263_0020.mrna1,

36、芦苇phragmites_australis/pau_c03464_0020.mrna1,

37、甜根子草saccharum_spontaneum/sspon.01g0022450-1a-mrna-1,

38、甜根子草saccharum_spontaneum/sspon.01g0022450-2p-mrna-1,

39、甜根子草saccharum_spontaneum/sspon.07g0011460-1a-mrna-1,

40、甜根子草saccharum_spontaneum/sspon.07g0011460-2b-mrna-1,

41、甜根子草saccharum_spontaneum/sspon.07g0011460-3c-mrna-1,

42、甜根子草saccharum_spontaneum/sspon.07g0011460-4d-mrna-1,甘蔗属模式种saccharum_spp./sh09_t001300,saccharum_spp./sh09_t001310,粱setaria_italica/rna-xm_022825063.1,

43、粱setaria_italica/rna-xm_022824953.1,

44、狗尾草setaria_viridis/rna-xm_034732865.1,

45、狗尾草setaria_viridis/rna-xm_034732864.1,

46、高粱sorghum_bicolor/transcript:kxg38103,

47、高粱sorghum_bicolor/transcript:kxg21079,

48、高粱sorghum_bicolor/transcript:kxg21080,

49、sporobolus_pyramidalis/sp2s00032_12171.mrna1,

50、玉米zea_mays/transcript:zm00001eb266930_t001,

51、玉米zea_mays/transcript:zm00001eb355860_t001,

52、菰zizania_latifolia/zla01g013220.1,

53、结缕草zoysia_japonica/zjn_sc00016.1.g06200.1.am.m。

54、进一步地，hb基因为来自玉米的zm00001eb266930_t001，其核苷酸序列如seq idno.1所示。

55、进一步地，禾本科植物包括柊叶竺亚科(anomochlooideae)、稻亚科(oryzoideae)、竹亚科(bambusoideae)和黍亚科(panicoideae)等12个亚科，主要代表植物有玉米、水稻、小麦、大麦、竹子等。

56、本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化和点突变的方法，对上述hb基因的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的hb基因核苷酸序列80％或者更高同一性的核苷酸，只要编码的是同一蛋白且具有相同功能，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

57、一种重组载体，包括上述hb基因。

58、进一步地，载体包括但不限于质粒、噬菌体、病毒载体等。

59、一种工程菌，包括上述hb基因或重组载体。

60、进一步地，工程菌包括但不限于酵母、细菌、真菌等。

61、一种转基因细胞系，包括上述hb基因或重组载体。

62、上述hb基因、重组载体、工程菌或转基因细胞系在下述中的任一用途：

63、a1)作物增产；

64、a2)提升作物抗高温性能；

65、a3)培育转基因、基因编辑及合成生物学改造作物。

66、进一步地，作物为双子叶或单子叶作物。

67、进一步地，作物为玉米、水稻或小麦。

68、上述hb基因在筛选和/或鉴定高产水稻、抗高温水稻，以及抗高温玉米中的用途。

69、上述hb基因在高产、抗高温相关品质的水稻种质改良中的用途。

70、本发明的有益效果：

71、本发明筛选获得了禾本科pacmad类群特异的hb基因，其是禾本科植物在高温选择下进化而出的优势基因，能够进一步的提升植物中高温热带环境的生存能力，并起到增产的作用。并且，后续的研究发现也进一步的说明了其所具有的功效作用，比如将其克隆至水稻中时，能够提升水稻的产量；在拟南芥中过表达后，其能够提高植物的抗高温性能。因而，有望基于其培育具有高产、抗高温特性的植物品种。