玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子及其应用制造技术

玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2‑1分子及其应用，本发明专利技术通过将玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2‑1基因转入水稻，获得了超表达水稻材料，该材料在高氮及高钾条件下气孔开度、光合速率及蒸腾速率较野生型显著增加，同时植株（关键功能叶）含氮量显著增加，并展现出良好的增产效果和应用前景。

Open pore potassium ion absorption Zmk2-1 and its application in Maize

The invention obtains a super-expressing rice material by transferring the corn stomatal open potassium ion absorption channel Zmk2 1 gene into rice. The material has a remarkable increase in stomatal opening, photosynthetic rate and transpiration rate compared with the wild type under high nitrogen and potassium conditions. At the same time, the nitrogen content of plants (key functional leaves) increased significantly, and showed a good yield increase effect and application prospects.

【技术实现步骤摘要】
玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子及其应用
本专利技术属于植物基因工程
，具体涉及一种玉米气孔开放型钾离子通道Zmk2-1分子及其应用。
技术介绍
水稻是重要的粮食作物，对国家的粮食安全战略起着极其重要的作用(黄建晔等，2004)。现有的水稻高产主要以氮素化肥的大量投入来保证，如水稻主产区太湖流域水稻生长季单季施氮量最高达到366kgNhm-2(Wangetal.,2004)，年施氮量最高达520kg氮hm-2(李伟波等，1997)，而我国稻田的氮肥利用效率仅在30％或以下(王光火等,2003)，高量氮肥投入虽能一定程度的保证产量，但过多的氮肥投入会造成施肥后短期氮营养过量，而植物不能及时利用(Dobermannetal.,2002；Wangetal.,2007)，一方面,会通过淋溶、挥发、反硝化、径流等途径损失到环境中从而造成环境风险(Gallowayetal.,2008；刘丽颖等，2013；巨晓棠等，2014)。另一方面，短时期内植物不能及时利用过量氮肥，造成氮素吸收利用率和农学利用率降低(蔡贵信等，1995；张福锁等，2008)，氮肥利用与农学效应之间出现不同步现象，这些将严重阻碍我国农业的可持续发展同时也不符合国家的粮食安全战略。针对水稻氮肥利用率低引发的能源浪费、环境污染及生产效率降低等系列问题，近年来通过挖掘基因资源以改变水稻的遗传特性成为提高氮素利用效率的一条新途径。铵态氮和硝态氮是土壤中存在的两大主要无机氮源，淹水条件下水稻吸收的硝态氮占总氮吸收量的25％-40％(KirkandKronzuckeretal.,2005)，水稻对硝态氮的吸收主要是通过硝酸根转运体(NitrateTransporter，NRT)介导的，对水稻中硝酸转运体生理生化机制的研究并不少见，但是目前为止，仅仅OsNRT2.3b展现出较好的应用前景(Fanetal.,2016)。铵(NH4+)是水稻偏好的氮源(Kronzuckeretal.,2001；Yangetal.,2015)，因此调控铵转运体的功能曾被寄予厚望，研究试图从增强单个NH4+吸收基因(AMT)途径探讨提高水稻氮素利用效率的方法，结果表明，这一分子调控设想，仅在NH4+供应不足情况下才有细微效果(Hoqueetal.,2006；Ranathungeetal.,2014)，这一特征与我国当前高量施肥的集约化生产模式不匹配；另一方面的努力是通过增强铵同化基因GS的活性促进NH4+的同化过程，以期获得较高的氮同化效率并达到增产目的，结果发现超量表达水稻根部铵同化主效基因OsGS1；2及地上部铵同化主效基因OsGS1；1的转基因水稻，其GS活性和叶片可溶性蛋白含量增加，整个植株的总氨基酸和总氮含量增加，但籽粒产量和籽粒总氨基酸含量却降低(Caietal.,2009)，同时超量表达GS1；1和GS1；2的转基因水稻，其植物生长和发育、产量均下降(Baoetal.,2014)。而超表达OsAMT1；3的水稻在低氮和高氮营养条件下均表现出生长受阻的表型，可能是由于铵的过量吸收打破了水稻体内的碳氮平衡(Baoetal.,2015)。由此可见，力求通过改变水稻遗传形状来提高水稻氮素利用效率的设想，基因资源匮乏是重要的限制因素，多角度多方位寻找提高水稻氮素利用效率且有较好应用前景的基因资源仍然为当前现状所需。植物中的钾离子通道主要有Shaker型、TPK型及Kir型三种类型。目前已从十几种植物中克隆到三十多个Shaker型家族基因，基于已鉴定的多个植物Shaker型钾通道的序列相似性、基因结构和功能特征，Pilot等将它们分成5个亚组：groupⅠ的典型代表是AKT1型钾通道，主要存在于根中；groupⅡ的典型代表是KAT1型钾通道，主要存在于叶片尤其是保卫细胞中；弱内向整流钾通道被归为第3组(groupⅢ)，分布广泛，在韧皮部中表达尤为丰富，单独存在不产生电流，调控其它通道功能的Shaker型通道被归为第4组(groupⅣ)，主要存在于根中；所有介导外向电流的植物Shaker型钾通道被归为第五组(groupV)，在根、茎及保卫细胞中均有存在(Pilotetal.,2003)。其中，水稻AKT1对盐胁迫敏感。通过超表达OsAKT1能够提高水稻的抗渗透胁迫和抗干旱胁迫能力(Ahmadetal.,2016)；OsKAT1能提高水稻细胞的钾含量，增加水稻耐盐胁迫的能力(Obataetal.，2007)。玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1属于KAT1型钾通道，主要定位在气孔保卫细胞，通过在异源表达系统非洲爪蟾蛙卵中证明，该通道在高K+条件下运作吸收K+(Suetal.,2015)，很可能在调控气孔开度方面起重要作用。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术提供一种玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子及其应用。技术方案：一种玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子，其氨基酸序列如SEQIDNo.2所示；编码上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子的基因。编码上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子的基因，序列如SEQIDNo.1所示。含上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子基因的真核表达载体。真核表达载体，所述真核表达载体为将玉米Zmk2-1构建到单子叶植物超表达载体pCambia1301-ubiquitin-NOS(简称pUN1301，由本实验室通过pCambia1301改造而来)中，所得到的重组质粒pUN1301-Zmk2-1。上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子在控制水稻气孔开度、速率及蒸腾效率方面的应用。一种提高水稻氮素利用效率的方法，所述方法将所述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子基因基因导入水稻中并表达的步骤。有益效果：本专利技术先从玉米郑丹958中克隆得到了Zmk2-1基因，通过在水稻中成功利用这一基因，在高铵及高钾条件下通过提高水稻的气孔开度、光合速率及蒸腾效率，从而提高水稻对氮的有效利用能力。本申请通过将玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1基因转入水稻，获得了超表达水稻材料，该材料在高氮及高钾条件下气孔开度、光合速率及蒸腾速率较野生型显著增加，同时植株(关键功能叶)含氮量显著增加，并展现出良好的增产效果和应用前景。附图说明图1为玉米Zmk2-1基因克隆图，其中A：M为marker,lane1为玉米Zmk2-1的PCR结果；B：M为Marker,lane1-lane8为TA-Zmk2-1的PCR鉴定结果；图2是双元表达载体pCambia1301-ubiquitin-NOS(pUN1301)创制系列图，其中A:M为marker,lane1为NOS的PCR结果；B:MMarker,lane1为TA-NOS的双酶切结果；C：M为Marker,lane1为pCambia1301–NOS的双酶切结果；D：M为Marker,lane1为ubiquitin启动子PCR结果；E：M为Marker,lane1为TA-ubiquitin的双酶切结果；F:M1为1kbDNAladdermraker,M2为DL2000DNAMarker,lane1为pUN1301的HindIII/BamHI的双酶切结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2‑1分子，其特征在于氨基酸序列如SEQ ID No.2 所示。

【技术特征摘要】
1.一种玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子，其特征在于氨基酸序列如SEQIDNo.2所示。2.编码上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子的基因。3.编码上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子的基因，其特征在于序列如SEQIDNo.1所示。4.含上述玉米气孔开放型钾离子吸收通道Zmk2-1分子基因的真核表达...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彦华，杨顺瑛，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32