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敲除毛白杨SHOU4基因在提高木材生物量中的应用及方法

来源：花匠小妙招时间：2025-02-15 10:37

本发明涉及植物转基因领域，具体涉及敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用；还涉及提高木材生物量的方法。

背景技术：

1、木材是地球上最重要的可再生资源，是纸浆造纸家具等产业产品的主要原料。次生细胞壁是木材的主成分，而纤维素作为植物细胞壁的主要成分，是地球上最丰富的生物聚合物。通过对现有主要速生树种进行遗传改良，提高木材产量和品质，是解决市场供需矛盾的一个重要途径。杨树本身作为一种全球广泛分布的经济速生树种，具有成材快、适应性强、分布广、品种多、易杂交、易改良遗传性、易繁殖等特点，因而广泛用于建造人工速生林。相对于利用常规杂交育种手段，分子技术育种手段，提供了快速、有效的途径。随着近年来遗传学、基因组学和分子生物学技术的发展，杨树成为了一种研究木材形成、多年生植物季节变化规律、生长发育、开花、性别决定以及生物互作的模式植物。因此，利用分子生物学和基因工程技术，提高杨树木材产量具有重要理论意义和应用价值。

2、纤维素是由质膜定位的纤维素合酶(cesa)复合物(cscs)合成的，这些复合物通常排列成六聚体玫瑰花环结构。研究表明，纤维素合酶复合体由皮质微管引导在质膜上以二磷酸尿苷葡糖（udp-葡萄糖）为底物，通过β-1,4糖苷键连接的葡聚糖链合成纤维素，随后这些葡聚糖链通过分子内和分子间氢键的作用形成微纤维。这些微原纤维对细胞壁抗拉强度、调节组织力学、提供抵抗病原体攻击的物理屏障、决定细胞扩张的程度和方向以及对植物发育、植物株高都至关重要。

3、2018年一篇报道表明在拟南芥中发现了一组新的植物特异性蛋白--shou4/4l，通过对拟南芥根伸长区的研究，发现它们可以通过调节cesa胞吐速率来调节细胞表面cesa复合物的水平。其突变体导致严重的多效性缺陷，表明它们在植物生长发育过程中调节纤维素的生物合成。随后的研究也表明shou4/4l是介导拟南芥免疫与纤维素合成的关键环节，是拟南芥生长发育和抗逆性的重要过程。

4、但这一研究具有相当的局限性。首先，shou4/4l是在拟南芥中进行的研究，拟南芥生长以初生生长为主，少数细胞有次生发育。而林木发达的次生生长过程中有大量细胞需要积累次生壁，其调控机制更为复杂，但目前的研究还知之甚少，shou基因是否影响林木次生发育过程尚未有报导。其次，拟南芥的突变体影响了根伸长和抗性，但未公开对对植株整体尤其是生物量的影响，而对于木本植物尤其是速生树种的生物量或次生壁纤维素的增加才是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用；本发明的目的之二在于提供提高毛白杨生物量的方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1、敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用，所述shou4基因的核酸序列如seq id no.9所示。

4、本发明优选的，所述敲除毛白杨shou4基因的方法是使用crispr/cas9技术。

5、本发明优选的，所述敲除毛白杨shou4基因是将shou4基因的crispr/cas9基因编辑载体转化毛白杨，获得shou4基因编辑突变的转基因植株，获得的转基因植株木材生物量提高。

6、本发明优选的，所述提高木材生物量是提高毛白杨茎粗、节间长度、木质部细胞层数或韧皮部纤维细胞细胞壁厚度。

7、2、提高毛白杨生物量的方法，将shou4基因的crispr/cas9基因编辑载体转化毛白杨，获得shou4基因编辑突变的转基因植株，获得的转基因植株为生物量提高毛白杨。

8、本发明优选的，所述转化毛白杨的方法是采用农杆菌介导。

9、本发明优选的，所述农杆菌为gv3101。

10、本发明的有益效果在于：本发明提供了敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用通过敲除shou4基因，成功创制出茎粗、生物量、木质部细胞层数和细胞壁厚度都显著提高的新型白杨品种。本发明为林木的次生发育及生物量的遗传改良和定向分子育种奠定了基础，为植物基因工程提供了新的基因资源，具有广泛的应用前景。。

技术特征：

1.敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用，其特征在于：所述shou4基因的核酸序列如seq id no.11所示。

2.根据权利要求1所述敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用，其特征在于：所述敲除毛白杨shou4基因的方法是使用crispr/cas9技术。

3.根据权利要求1所述敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用，其特征在于：所述敲除毛白杨shou4基因是将shou4基因的crispr/cas9基因编辑载体转化毛白杨，获得shou4基因编辑突变的转基因植株，获得的转基因植株木材生物量提高。

4.根据权利要求1所述敲除毛白杨shou4基因在提高木材生物量中的应用，其特征在于：所述提高木材生物量是提高毛白杨茎粗、木质部细胞层数、木质部和韧皮部纤维细胞细胞壁厚度。

5.提高毛白杨生物量的方法，其特征在于：将shou4基因的crispr/cas9基因编辑载体转化毛白杨，获得shou4基因编辑突变的转基因植株，获得的转基因植株为生物量提高毛白杨。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述转化毛白杨的方法是采用农杆菌介导。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述农杆菌为gv3101。

技术总结
本发明公开了敲除毛白杨SHOU4基因在提高木材生物量中的应用及方法，通过敲除SHOU4基因成功创制出高纤维素、高生物量、木质部细胞层数和纤维细胞细胞壁厚度显著提高的新型白杨品种。本发明为林木生物量的遗传改良和定向分子育种奠定了基础，为林木基因工程提供了新的基因资源，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：范春芬,汪勇,安瑞,赵婧羽,杨灵馨,张美菊,罗克明
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27