本发明专利技术涉及植物基因工程领域，提供了水稻氮运输基因OsPTR10，其蛋白质序列如SEQ ID No.1所示，cDNA序列如SEQ ID No.2所示。本发明专利技术通过超量表达OsPTR10基因，使正常的水稻吸收氮肥的效率提高，植株可溶性蛋白增加，进而分蘖数增加、穗长及灌浆粒数增加，从而提高产量。并且通过RNAi技术降低OsPTR10基因的表达量，以及在OsPTR10目的基因突变体中证实了该基因的功能。该基因在阐述氮素影响植物生长及发育过程方面以及在水稻高效利用氮肥与提高产量方面具有重要的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及一种提高水稻氮利用效率和产量的基因OsPTR10及用途。
技术介绍
中国水稻种植面积占世界作物总种植面积的20％，但氮肥施用量却占到世界总施用量的37％；1995年中国氮肥生产量和使用量已达世界第一位，但氮肥使用效率较低，氮肥的施用量已较50年前增长20倍，按这种趋势，预计到2050年，将会再翻3倍。氮肥施用过量会导致水体富营养化等生态污染问题[徐国华，范晓荣.水稻硝转运蛋白基因OsNRT1.1a和OsNRT1.1b的功能研究.南京农业大学，2011：4-6]。更多的氮素营养通过反硝化作用、水土流失、自然挥发、微生物利用等途径遭到浪费。如果将氮素的吸收效率提高1％，就相当于每年节约了十多亿美元的开支。从中国国情分析，扩大种植面积提高总产量的潜力已经很有限，唯一的出路是在有限的土地上生产出更多的稻谷，即提高单位面积产量。在过去的传统耕作中，通过选择氮利用效率更高的作物，来提高氮的利用效率；但与分子水平上的育种相比，这个过程显得缓慢而低效[张洪程，戴其根.水稻氮素利用的基因型差异与生理机理研究.扬州大学，2008：10-13]。要提高氮利用率，必须从氮的分子吸收机制中寻找突破口。硝酸根运输基因家族分为低亲和力硝酸根运输基因与高亲和力硝酸根运输基因两类[周诗毅.糖类和氨基酸对水稻诱导型高亲和力硝酸盐转运系统的影响.华中科技大学，2009：15-16]。通过氮同化作用，将硝态氮和铵态氮吸收并转化为氨基酸，称为氮的第一类吸收。通过对氮的运输使种子营养物质增加，增加饱满度，称为氮的第二类吸收，也就是氮的再利用[Kant S,Bi Y,Steven J,et al.Understanding plant response to nitrogen limitation for the improvement of crop nitrogen use efficiency.Journal of Experimental,2011,62(4):1499-1509]。增加氮吸收积累量或氮转运量，都可以增产。因此，在现代化农业建设中，通过分子育种手段来提高水稻对氮肥的利用效率，可以减少氮肥污染，还能增加产量。NRT1/PTR家族(NRT1/PTR family,NPF)是指能够介导2-3个氨基酸残基的小分子肽及硝酸根等物质进行跨膜运输的蛋白[Rentsch D,Schmidt S,Tegeder M.Transporters for uptake and allocation of organic nitrogen compounds in plants.FEBS Let,2007,581:2281-2289]。NRT1/PTR家族成员参与了种子形成过程中蛋白质的积累和萌发中蛋白降解后小分子多肽形式转运[Martre P,Porter J R,Jamieson P D,et al.Modeling grain nitrogen accumulation and protein composition to understand the sink/source regulations of nitrogen remobilization for wheat.Plant Physiol,2003,133:1959-1967]。目前对NPF家族成员研究的报道很少，本专利技术公开的OsPTR10基因是水稻NPF基因家族的一个同源基因。OsPTR10基因的研究在促进植物氮吸收利用相关分子机制研究有极其重要的作用，可应用于植物分子改良从而使水稻增产。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术以水稻的NPF基因家族新成员OsPTR10为对象，从水稻中花11中克隆了OsPTR10的全长序列，通过超量表达后，使正常的水稻吸收氮肥的效率提高，植株积累可溶性蛋白，并提高分蘖数、穗长及灌浆粒数增加，从而提高产量，另外还通过RNAi技术，以及OsPTR10基因突变体证实了该基因的功能。本专利技术的主要内容如下：1、提供了一种控制水稻氮利用效率、分蘖能力及产量的基因OsPTR10，其cDNA编码的蛋白质氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。2、本专利技术提供基因OsPTR10的cDNA序列SEQ ID NO.2。应该理解为，在不影响OsPTR10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SEQ ID NO.1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，本专利技术的水稻OsPTR10基因编码的蛋白质还包括SEQ ID NO.1所示氨基酸序列经取代、替换和/或增加一个或几个氨基酸，具有同等活性的水稻OsPTR10基因编码的蛋白质。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。3、本专利技术还包括基于所述多核苷酸的正义序列或反义序列，包括含有所述多核苷酸序列或其片段的克隆载体或表达载体、含有所述载体的宿主细胞、含有所述核苷酸序列或其片段的转化的植物细胞和转基因植物。4、本专利技术还提供了OsPTR10基因在水稻选育中的应用，所述水稻选育为提高水稻氮利用效率、分蘖数、穗长及灌浆粒数，从而提高产量。5、本专利技术还提供一种OsPTR10基因在其他转基因植物中的应用。通过超量表达基因OsPTR10来提高植物的氮利用效率及产量。所述的植物是指单子叶植物或双子叶植物；如：小麦、玉米、黄瓜、番茄、杨树、草坪草或苜蓿等。6、本专利技术还提供了水稻OsPTR10基因转基因植株的分子检测方法，通过所述引物对扩增待检转基因水稻基因组DNA，并检测扩增产物：若利用引物FP10的上游引物F：GATGTTGGCGACCTCGTATT和下游引物R：TCGTTATGTTTATCGGCACTTT，扩增出517bp的扩增片段，则说明是转基因阳性植株，若没有扩出这个片段则说明是转基因阴性植株。实现本专利技术的技术如下：1、超量表达OsPTR10基因：构建超表达载体OsPTR10-p1301,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水稻品种中花11中，最后获得超表达的组培苗，种于大田，用引物对FP10的上游引物F：GATGTTGGCGACCTCGTATT和下游引物R：TCGTTATGTTTATCGGCACTTT，扩增出517bp的扩增片段，则说明是转基因阳性植株，阳性植株单株收种并种植，直至T2代鉴定出纯合植株，超表达植株的穗长、粒数均比对照野生型中花11提高，如图3。2、验证OsPTR10基因的功能通过RNAi技术构建干涉表达载体OsPTR10-pTCK303，采用农杆菌EHA105介导的遗传转化方法，将干扰表达载体导入正常粳稻品种中花11中，最后获得基因表达量下降的株系，直至T2代继续观察表型，表现为比对照野生型中花11穗长降低，粒数变少，千粒重下降的现象，如图4。从华中农业大学突变体库(http://rmd.ncpgr.cn/)中购买得到OsPTR10的突变体纯合植株的种子，将其移栽于带泥土的框中，定期浇水，施肥，待小苗长高约10cm时，种于大田中，待苗长大后，可得到突变体植株，同样出现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种控制水稻氮利用效率、分蘖能力及产量的基因OsPTR10，其特征在于，该基因编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
【技术特征摘要】
1.一种控制水稻氮利用效率、分蘖能力及产量的基因OsPTR10，其特征在于，该基因编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。2.编码权利要求1所述的基因OsPTR10的cDNA，其特征在于：所述cDNA序列为如SEQ ID NO.2所示的多核苷酸。3.含有权利要求2所述cDNA的载体。4.含有权利要求3所述载体的宿主。5.权利要求2所述的多核苷酸、权利要求3所述载体或权利要求4所述的宿主在制备转基因植物中的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于所述植物指单子叶植物或双子叶植物。...
【专利技术属性】
技术研发人员：方中明，黄玮婷，白根祥，曾祺森，黄德浩，
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
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