OsNPF8.13基因在高氮下促进水稻生长的应用制造技术

本发明专利技术公开了基因

【技术实现步骤摘要】
OsNPF8.13基因在高氮下促进水稻生长的应用
本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及OsNPF8.13基因在高氮下促进水稻生长的应用。
技术介绍
植物通过吸收土壤中的铵根、硝酸根、氨基酸、可溶性肽等来获得氮素；氮的吸收和转运主要依靠铵根运输蛋白（AMT）、硝酸根运输蛋白（NRT）、氨基酸运输蛋白（AAT）、肽运输蛋白（PTR）等运输蛋白来完成（WilliamsL,MillerA.Transportersresponsiblefortheuptakeandpartitioningofnitrogenoussolutes.AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology,2001,52:659-688.）。铵通过植物AMT吸收后再通过谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合酶（GOGAT）合成谷氨酰胺和谷氨酸，后者再进一步形成其它氨基酸（SonodaY,IkedaA,SaikiS,etal.FeedbackregulationoftheammoniumtransportergenefamilyAMT1byglutamineinrice.PlantCellPhysiology,2003,44:1396-1402.）。植物可通过高亲和转运系统（HATS）的NRT2和低亲和转运系统（LATS）的NRT1吸收环境中的硝酸盐，由硝酸还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NiR）还原形成铵，再进一步形成氨基酸（Paungfoo-LonhienneC,LonhienneTG,RentschD,etal.Plantscanuseproteinasanitrogensourcewithoutassistancefromotherorganisms.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2008,105:4524-4529.）。氮运输NPF家族包括NRT1和PTR亚家族，不同成员在植株不同部位运输硝酸根、寡肽或氨基酸等，在植株生长发育上起不同的作用（RentschD,SchmidtS,TegederM.Transportersforuptakeandallocationoforganicnitrogencompoundsinplants.FebsLetters,2007,581:2281-2289.）。OsNPF2.2介导了木质部硝酸根的卸载，影响水稻植株生长（LiY,OuyangJ,WangYY,etal.DisruptionofthericenitratetransporterOsNPF2.2hindersroot-to-shootnitratetransportandvasculardevelopment.Scientificreports,2015,5:9635.）。OsNPF7.2对硝酸根有低亲和运输，能够影响植株生长（HuR,QiuD,ChenY,etal.Knock-downofatonoplastlocalizedlow-affinitynitratetransporterOsNPF7.2affectsricegrowthunderhighnitratesupply.Frontiersinplantscience,2016,7.）。虽然已知氮营养可以促进植物生长发育，但是氮营养影响了植株什么类型的生长发育目前还没有系统的了解。另外水稻NPF家族有80多个成员，氮营养是通过NPF基因家族什么成员进行响应，在什么部位介导了氮营养运输，从而影响了植株什么类型的生长发育，目前也几乎未知。所以，挖掘出NPF家族中可能具有氮高效运输基因，特别是能够控制水稻农艺性状的氮运输关键基因，将有利于水稻高产品种的培育。本专利技术通过长期研究后发现，NPF家族OsNPF8.13基因转录后有两种剪接，分别是OsNPF8.13a和OsNPF8.13b，在低氮和高氮下对水稻生物量影响均有较为重要的作用，可应用于植物氮利用效率提高，特别是土壤本身肥力过高或化肥人工使用量过多而导致水体污染，防止对环境进一步污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供OsNPF8.13基因在高氮下促进水稻生长的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：本专利技术以水稻基因OsNPF8.13为对象，从水稻中花11中克隆了OsNPF8.13的cDNA序列。通过构建OsNPF8.13基因的超表达载体，采用农杆菌EHA105介导的遗传转化方法，将超表达载体导入正常粳稻品种中花11中，得到OsNPF8.13基因的超表达植株，在高氮（氮浓度2mM以上）培养下，超表达植株的根长、根数、株高、鲜重和游离氨基酸含量等与对照野生型中花11相比显著提高。同时构建了OsNPF8.13基因的干扰和CRISPR基因敲除载体，将干扰载体和CRISPR基因敲除载体分别导入中花11中，得到OsNPF8.13基因的干扰植株和突变体植株，在高氮培养下，其根长、根数、株高、鲜重和游离氨基酸含量等与中花11相比显著降低。这些结果表明，通过提高OsNPF8.13基因表达，可以促进水稻生长，增加生物量，促进水稻体内氮浓度的积累；OsNPF8.13基因在水稻适应土壤高肥方面有应用价值，可以减轻可能因土壤本身肥力过高及人为施肥过多导致的对环境产生的负面影响；还可以通过分子育种应用于水稻品种改良中。基于本专利技术发现的OsNPF8.13基因的功能，其可用于高氮条件下促进水稻生长、提高水稻生物量、增加游离氨基酸含量。具体可通过基因工程实现，即超表达提高OsNPF8.13基因的表达，使水稻根长、根数、株高、鲜重、游离氨基酸含量等增加，达到提高水稻生物量的目的。所述的OsNPF8.13基因包括两种剪接，分别为OsNPF8.13a和OsNPF8.13b，OsNPF8.13a、OsNPF8.13b的cDNA序列优选如SEQIDNO.1、2所示。OsNPF8.13a、OsNPF8.13b编码的OsNPF8.13a蛋白、OsNPF8.13b蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.3、4所示。应该理解为，在不影响OsNPF8.13a或OsNPF8.13b蛋白活性的前提下（即不在蛋白的活性中心），本领域技术人员可对SEQIDNO.3或4所示的氨基酸序列进行各种取代、添加和/或缺失一个或几个氨基酸获得具有同等功能的氨基酸序列。因此，OsNPF8.13蛋白还包括SEQIDNO.3或4所示氨基酸序列经取代、替换和/或增加一个或几个氨基酸获得的具有同等活性的蛋白质。此外，应理解，考虑到密码子的简并性以及不同物种密码子的偏爱性，本领域技术人员可以根据需要使用适合特定物种表达的密码子。本专利技术的优点和效果：（1）本专利技术克隆的OsNPF8.13基因提高表达后可以在高氮下使水稻根长、根数、株高、鲜重、游离氨基酸含量增加，说明OsNPF8.13基因对提高水稻生物量有较明显作用，因此，通过基因工程技术提高OsNPF8.13基因的表达能够提高植物生物量和植物体内有机氮含量。（2）OsNPF8.13基因的成功克隆，进一步证实了植物本身氮吸收对生长发育的重要作用，对阐明氮素基因的生物学功能有重要的意义，另外对进一步了解植物氮代谢途径，提高氮吸收效率有极大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.OsNPF8.13基因在高氮下促进水稻生长中的应用。2.OsNPF8.13基因在高氮下提高水稻生物量中的应用。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的水稻生物量包括水稻根长、根数、株高、鲜重、游离氨基酸含量。4.OsNPF8.13基因在高氮下提高水稻产量中的应用。5.OsNPF8.13基因在水稻适应土壤高肥中的应用。6.OsNPF8.13基因在减少水稻化肥使用量中的应用。7.OsNPF8.13基...

【专利技术属性】
技术研发人员：方中明，聂海鹏，朱炜，汪杰，吕凯，
申请(专利权)人：武汉生物工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42