基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用制造技术

本发明专利技术涉及生物技术领域，特别涉及基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用。本发明专利技术克隆获得的BnGS1基因通过在烟草中超表达表明氮含量和粗蛋白含量分别为4.88％和30.52％，野生型烟草叶片的氮含量和粗蛋白含量分别为2.29％和14.32％，转基因植株和野生型的叶片氮含量和粗蛋白含量均达到显著差异。这也是苎麻中首次通过在烟草中超量表达获得氮和氮含量达到显著差异的GS基因，该基因具有很好的应用前景。通过分子育种克隆蛋白相关的基因通过超表达的方式提高苎麻蛋白含量，选育新的高蛋白品种周期短，且蛋白含量更高。

Application of Gene Overexpression in Increasing Plant Nitrogen and/or Protein Content or Breeding High Protein Plant Varieties

【技术实现步骤摘要】
基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用
本专利技术涉及生物
，特别涉及基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用。
技术介绍
苎麻嫩茎叶营养丰富，粗蛋白含量高，是很好的植物性饲料蛋白原料，我国南方高蛋白优质牧草极其匮乏，在我国南方大力开发苎麻饲料作物具有极其广阔的前景，饲用苎麻作为牧草利用我们首先就要检测粗蛋白含量，它是衡量一个饲用苎麻特性好坏的重要指标。传统的苎麻高氮含量品种材料筛选是通过杂交等手段进行，这种选育方法周期需要几年时间，本身苎麻品种材料中很难有氮含量特别高的材料，提高苎麻氮含量是目前饲用苎麻育种需要解决的重大问题，通过常规的选育高氮含量苎麻品种材料周期很长，很难获得高的氮含量品种。在植物中，谷氨酰胺合成酶(Glutaminesynthetase，GS)将NH4+同化为谷氨酰胺，与GOGAT(谷氨酸合成酶)统称为GS/GOGAT循环。GS包括两大家族，GS1和GS2，其中GS1主要位于胞质，GS2位于质体中。植物中，一般具有一个GS2基因，多个GS1基因。GS基因对植物氮利用率有影响。在水稻高氮利用率和低氮利用率两个品种中，GS的活性是前者显著高于后者。ZhengJS等在烟草中超表达BnGS1-2，结果表明转基因烟草的NO3-和NH4+的吸收能力增强，NR活性显著增加，可溶性蛋白含量和氮含量均高于对照组，但差异不显著。同时，BnGS2-1和BnGS2-2转基因烟草的株高、鲜重和叶片可溶性蛋白均有显著提高；氮含量也有提高，但没有达到显著差异。因此，提供苎麻氮代谢相关基因来提高苎麻蛋白含量、缩短选育高蛋白品种的周期具有重要的现实意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用。本专利技术采用分子育种的手段克隆苎麻氮含量相关的基因来选育氮含量高苎麻新品种材料，时间相对较短，氮含量增加较大，能较快的获得苎麻高氮含量的品种。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用；所述基因具有如下所示的核苷酸序列中的任意一项：I、具有BnGS1的核苷酸序列；或II、具有如I所示的核苷酸序列经修饰、取代、缺失或添加一个或多个碱基获得的核苷酸序列；或III、与如I所示的核苷酸序列具有至少80％同源性的序列或翻译后所得蛋白与基因BnGS1表达的蛋白功能相同或相近的核苷酸序列；或IV、如I、II或III所示序列的互补序列。在本专利技术的一些具体实施方案中，所述植物为苎麻或烟草。在上述研究的基础上，本专利技术还提供了表达载体，包括过表达的基因和基础载体；所述基因具有如下所示的核苷酸序列中的任意一项：I、具有BnGS1的核苷酸序列；或II、具有如I所示的核苷酸序列经修饰、取代、缺失或添加一个或多个碱基获得的核苷酸序列；或III、与如I所示的核苷酸序列具有至少80％同源性的序列或翻译后所得蛋白与基因BnGS1表达的蛋白功能相同或相近的核苷酸序列；或IV、如I、II或III所示序列的互补序列。本专利技术还提供了所述表达载体的构建方法，将基因与所述基础载体连接，转化，挑菌，提取质粒，测序；所述基因具有如下所示的核苷酸序列中的任意一项：I、具有BnGS1的核苷酸序列；或II、具有如I所示的核苷酸序列经修饰、取代、缺失或添加一个或多个碱基获得的核苷酸序列；或III、与如I所示的核苷酸序列具有至少80％同源性的序列或翻译后所得蛋白与基因BnGS1表达的蛋白功能相同或相近的核苷酸序列；或IV、如I、II或III所示序列的互补序列。本专利技术还提供了转化或转染所述表达载体的宿主细胞。本专利技术还提供了所述表达载体或所述宿主细胞在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用在本专利技术的一些具体实施方案中，所述植物为苎麻或烟草。本专利技术还提供了提高植物中氮含量的方法，取所述表达载体转入农杆菌感受态中，培养，挑菌，取阳性菌落侵染植物。本专利技术还提供了提高植物中蛋白含量的方法，取所述表达载体转入农杆菌感受态中，培养，挑菌，取阳性菌落侵染植物。本专利技术还提供了高蛋白植物的育种方法，取所述表达载体转入农杆菌感受态中，培养，挑菌，取阳性菌落侵染植物。本专利技术克隆获得的BnGS1基因通过在烟草中超表达表明氮含量和粗蛋白含量分别为4.88％和30.52％，野生型烟草叶片的氮含量和粗蛋白含量分别为2.29％和14.32％，转基因植株和野生型的叶片氮含量和粗蛋白含量均达到显著差异。这也是苎麻中首次通过在烟草中超量表达获得氮和氮含量达到显著差异的GS基因，该基因具有很好的应用前景。通过分子育种克隆蛋白相关的基因通过超表达的方式提高苎麻蛋白含量，选育新的高蛋白品种周期短，且蛋白含量更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1示BnGS1基因凝胶电泳图；其中，图1(A)示BnGS1基因的PCR扩增产物，泳道从左至右依次为1：DNAmarker，2-3：BnGS1基因；图1(B)示TA单克隆的PCR验证，泳道从左至右依次为1、4：DNAmarker，2-3：BnGS1基因；图2示BnGS1的CDS序列和氨基酸序列(灰度表示保守结构域)；图3示BnGS1蛋白质结构分析；图4示PEZR-(K)-LN-GFP：空载在烟草叶片中的表达情况；其中，A，D：明场；B，E：绿色荧光；C，F：合成；图5示单菌落PCR鉴定；其中图5(A)示BnDof14基因，泳道从左至右依次为1：DNAmarker，2-6：BnDof14基因；图5(B)示BnGS1基因，泳道从左至右依次为1、6：DNAmarker，2-3：BnGS1基因；图6示农杆菌阳性转化菌落的PCR鉴定；其中，图6(A)示BnDof14基因，泳道从左至右依次为1：DNAmarker，2-5、8：假阳性菌落；6-7：BnDof14基因阳性菌落；图6(B)示BnGS1基因，泳道从左至右依次为1-4：BnGS1基因的阳性菌落，6：DNAmarker；图7示转基因烟草的再生；其中，图7(A)示烟草的愈伤组织；图7(B)示幼芽生根；图7(C)示转基因烟草苗移栽到土壤中；图8示转基因烟草的DNA；泳道从左至右依次为1、7：DNAmarker，2-6：转基因烟草的DNA；图9示转基因烟草PCR产物；泳道从左至右依次为1-3：BnGS1基因，4：DNAmarker；图10示BnGS1转基因和野生型烟草中BnGS1基因的相对表达量；图11示转基因烟草叶片的GUS染色；图12示BnGS1转基因烟草与野生型烟草表型；其中，图12(A)示转基因烟草和野生型烟草株高对比；图12(B)示转基因烟草与野生型烟草叶片颜色对比；图13示BnGS1转基因烟草与野生型烟草叶片氮含量；图14示BnGS1转基因烟草与野生型烟草叶片粗蛋白含量。具体实施方式本专利技术公开了基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用；所述基因具有如下所示的核苷酸序列中的任意一项：I、具有BnGS1的核苷酸序列；或II、具有如I所示的核苷酸序列经修饰、取代、缺失或添加一个或多个碱基获得的核苷酸序列；或III、与如I所示的核苷酸序列具有至少80％同源性的序列或翻译后所得蛋白与基因BnGS1表达的蛋白功能相同或相近的核苷酸序列；或IV、如I、II或III所示序列的互补序列。

【技术特征摘要】
1.基因的过表达在提高植物的氮含量和/或蛋白含量或选育高蛋白植物品种中的应用；所述基因具有如下所示的核苷酸序列中的任意一项：I、具有BnGS1的核苷酸序列；或II、具有如I所示的核苷酸序列经修饰、取代、缺失或添加一个或多个碱基获得的核苷酸序列；或III、与如I所示的核苷酸序列具有至少80％同源性的序列或翻译后所得蛋白与基因BnGS1表达的蛋白功能相同或相近的核苷酸序列；或IV、如I、II或III所示序列的互补序列。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述植物为苎麻或烟草。3.表达载体，其特征在于，包括过表达的基因和基础载体；所述基因具有如下所示的核苷酸序列中的任意一项：I、具有BnGS1的核苷酸序列；或II、具有如I所示的核苷酸序列经修饰、取代、缺失或添加一个或多个碱基获得的核苷酸序列；或III、与如I所示的核苷酸序列具有至少80％同源性的序列或翻译后所得蛋白与基因BnGS1表达的蛋白功能相同或相近的核苷酸序列；或IV、如I、II或III所示序列的互补序列。4.如权利要求3所述表达载体的构建方法，其特征在于，将基因与所述基础载体连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱四元，许晓敏，刘头明，王延周，郑霞，
申请(专利权)人：中国农业科学院麻类研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43