ZmAER蛋白及其编码基因和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种ZmAER蛋白及其编码基因和应用。本发明专利技术保护ZmAER蛋白或其相关生物材料在调控植物耐低氮能力中的应用。本发明专利技术提供的玉米ZmAER基因编码的烯醛氧化还原酶可以调节活性羰基化合物含量进而影响耐低氮能力，可为研究作物氮高效机理提供新的思路，从而为培育氮高效品种提供新的策略。

ZmAER protein and its coding genes and Applications

【技术实现步骤摘要】
ZmAER蛋白及其编码基因和应用
本专利技术涉及生物技术和植物遗传育种领域，具体涉及一种ZmAER蛋白及其编码基因和应用。
技术介绍
氮是植物生长发育所必须的大量营养元素，也是影响作物生长和产量的主要限制因子之一。缺氮不仅严重影响根系的生长，而且影响叶绿素含量、硝酸还原酶和谷氨酸合成酶活性等生化指标，进而影响植株的光合效率，最终导致产量的降低。研究表明，非豆科作物每产生1千克干物质量需要吸收20到50克氮，因此在大多数农业种植体系下土壤自然供应的氮素远不能满足作物的生长所需。氮肥的施用和优良品种的选育能有效地缓解全球人口增长带来的粮食危机。但是，氮肥所带来的粮食增产是以大量的能源消耗和极大的环境风险为代价的，氮肥的不合理施用已经对大气、水和土壤安全造成了威胁。因此，降低氮肥的投入，提高作物的氮效率是目前农业生产所面临的紧迫问题。加深对作物低氮耐受性的机理研究，可以为提高作物氮高效品种的培育指明方向。对植株氮高效的研究围绕氮素营养本身开展了许多卓有成效的工作，包括氮吸收高效(硝酸根转运蛋白、铵转运蛋白)、氮同化高效(硝酸还原酶基因、谷氨酰胺合成酶基因)以及体内氮转运高效相关基因的克隆和分析。但是对低氮胁迫下，植株生长受到抑制的细胞水平的变化研究较少。植物光合作用中会产生大量的活性氧，在正常生长环境下，这些物质进入碳氮代谢被消耗掉，维持细胞正常的氧化还原状态。但是，当植物处于低氮等逆境胁迫时，光合作用的电子传递链遭到破坏，导致活性氧的积累，氧化细胞不饱和脂肪酸，产生脂质过氧化物，进而发生脂质过氧化级联反应，生成活性不饱和羰基化合物，例如丙烯醛、乙二醛、壬烯醛、己烯醛等。这些脂源性活性羰基化合物富含亲电子基团，会对细胞中的生物大分子，蛋白质、DNA、RNA，以及细胞膜中的亲核基团进行攻击，导致生物大分子结构破坏，进而使得细胞功能紊乱。植物细胞通过体内的烯醛氧化还原酶等活性羰基化合物清除酶的作用，清除活性羰基化合物，维持细胞活力。现有研究表明，低氮等逆境胁迫均会增加细胞中的活性氧含量，使细胞受到氧化胁迫，体内活性羰基化合物含量增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种ZmAER蛋白及其编码基因和应用。第一方面，本专利技术保护ZmAER蛋白或其相关生物材料在调控植物耐低氮能力中的应用；所述相关生物材料为能够表达所述ZmAER蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；所述ZmAER蛋白为如下任一所示蛋白质：(A1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(A2)序列表的序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且有相同功能的由序列1衍生的蛋白质；(A3)与(A1)-(A2)中任一所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；(A4)在(A1)-(A3)中任一所限定的蛋白质的N端和/或C端连接标签后得到的融合蛋白。所述ZmAER蛋白来源于玉米。上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。上述蛋白质中，所述标签可为Flag标签、His标签、MBP标签、HA标签、myc标签、GST标签和/或SUMO标签等。第二方面，本专利技术保护ZmAER蛋白或其相关生物材料在如下(A)-(E)中至少一种的应用：(A)调控植物低氮胁迫下生长情况；(B)调控植物氮利用率；(C)调控植物烯醛还原酶活性；(D)调控植物低氮胁迫下硝酸还原酶活性；(E)缓解植物低氮胁迫下氧化胁迫；所述相关生物材料为能够表达所述ZmAER蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；所述ZmAER蛋白为前文(A1)-(A4)中任一所示蛋白质。以上任一所述应用的具体体现如下：所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物耐低氮能力增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物低氮胁迫下株高和/或生物量增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物氮利用率增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物烯醛还原酶活性增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物低氮胁迫下硝酸还原酶活性增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物低氮胁迫下丙二醛和过氧化氢含量降低。第三方面，本专利技术保护下述任一方法：(B1)培育耐低氮能力增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；(B2)培育氮利用率增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；(B3)培育烯醛还原酶活性增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；(B4)培育低氮胁迫下硝酸还原酶活性增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；所述ZmAER蛋白为前文(A1)-(A4)中任一所示蛋白质。进一步地，本专利技术要求保护下述任一方法：(C1)培育转基因植物的方法，包括如下步骤：向受体植物中导入能够表达ZmAER蛋白的核酸分子，得到转基因植物；所述转基因植物耐低氮能力大于受体植物；(C2)培育转基因植物的方法，包括如下步骤：向受体植物中导入能够表达ZmAER蛋白的核酸分子，得到转基因植物；所述转基因植物氮利用率大于受体植物；(C3)培育转基因植物的方法，包括如下步骤：向受体植物中导入能够表达ZmAER蛋白的核酸分子，得到转基因植物；所述转基因植物烯醛还原酶活性大于受体植物；(C4)培育转基因植物的方法，包括如下步骤：向受体植物中导入能够表达ZmAER蛋白的核酸分子，得到转基因植物；所述转基因植物低氮胁迫下硝酸还原酶活性大于受体植物；所述ZmAER蛋白为前文(A1)-(A4)中任一所示蛋白质。所述“向受体植物中导入能够表达ZmAER蛋白的核酸分子”是通过向所述受体植物中导入含有所述ZmAER蛋白的编码基因的重组表达载体实现的。可用现有的表达载体构建含有所述ZmAER蛋白的编码基因的重组表达载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3′端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mRNA前体的3′端，如农杆菌冠瘿瘤诱导(Ti)质粒基因(如胭脂碱合成酶基因Nos)、植物基因(如大豆贮存蛋白基因)3′端转录的非翻译区均具有类似功能。使用ZmAER蛋白的编码基因构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子(如花椰菜花叶病毒(CAMV)35S启动子、玉米的泛素启动子(Ubiquitin))，或组织特异表达启动子(如种子特异表达的启动子)，它们可单独使用或与其它植物启动子结合使用。此外，使用ZmAER蛋白的编码基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是ATG起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.ZmAER蛋白或其相关生物材料在调控植物耐低氮能力中的应用；所述相关生物材料为能够表达所述ZmAER蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；所述ZmAER蛋白为如下任一所示蛋白质：(A1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(A2)序列表的序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且有相同功能的由序列1衍生的蛋白质；(A3)与(A1)‑(A2)中任一所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；(A4)在(A1)‑(A3)中任一所限定的蛋白质的N端和/或C端连接标签后得到的融合蛋白。

【技术特征摘要】
1.ZmAER蛋白或其相关生物材料在调控植物耐低氮能力中的应用；所述相关生物材料为能够表达所述ZmAER蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；所述ZmAER蛋白为如下任一所示蛋白质：(A1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(A2)序列表的序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且有相同功能的由序列1衍生的蛋白质；(A3)与(A1)-(A2)中任一所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；(A4)在(A1)-(A3)中任一所限定的蛋白质的N端和/或C端连接标签后得到的融合蛋白。2.ZmAER蛋白或其相关生物材料在如下(A)-(E)中至少一种的应用：(A)调控植物低氮胁迫下生长情况；(B)调控植物氮利用率；(C)调控植物烯醛还原酶活性；(D)调控植物低氮胁迫下硝酸还原酶活性；(E)缓解植物低氮胁迫下氧化胁迫；所述相关生物材料为能够表达所述ZmAER蛋白的核酸分子或含有所述核酸分子的表达盒、重组载体、重组菌或转基因细胞系；所述ZmAER蛋白为如下任一所示蛋白质：(A1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(A2)序列表的序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且有相同功能的由序列1衍生的蛋白质；(A3)与(A1)-(A2)中任一所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；(A4)在(A1)-(A3)中任一所限定的蛋白质的N端和/或C端连接标签后得到的融合蛋白。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述应用的具体体现如下：所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物耐低氮能力增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物低氮胁迫下株高和/或生物量增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物氮利用率增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物烯醛还原酶活性增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物低氮胁迫下硝酸还原酶活性增加；所述ZmAER蛋白或其编码基因在所述植物中的活性和/或表达量提高，植物低氮胁迫下丙二醛和过氧化氢含量降低。4.下述任一方法：(B1)培育耐低氮能力增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；(B2)培育氮利用率增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；(B3)培育烯醛还原酶活性增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；(B4)培育低氮胁迫下硝酸还原酶活性增加的植物品种的方法，包括使受体植物中ZmAER蛋白的表达量和/或活性提高的步骤；所述ZmAER蛋白为如下任一所示蛋白质：(A1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(A2)序列表的序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且有相同功能的由序列1衍生的蛋白质；(A3)与(A1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王喜庆，王祎，刘芳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11