改造禾谷类作物识别结瘤因子并增加根瘤菌定殖数目的方法技术

本发明专利技术涉及改造禾谷类作物识别结瘤因子(Nod factors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。本发明专利技术人首次鉴定获得一个新的水稻Myc factors受体，即MYR1基因；在此基础上，本发明专利技术揭示了一种改造禾谷类作物使之识别结瘤因子(Nod factors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。

Modified methods for identifying nodulation factors and increasing the number of Rhizobium colonies in cereal crops

The present invention relates to a method for transforming cereal crops to recognize nodulation factors (Nod factors) and increasing the number of Rhizobium colonies. A new rice Myc factors receptor, MYR1 gene, has been identified for the first time by the inventor. On this basis, the invention discloses a method for modifying cereal crops to recognize Nod factors and increase the colonization number of rhizobium.

【技术实现步骤摘要】
改造禾谷类作物识别结瘤因子并增加根瘤菌定殖数目的方法
本专利技术属于生物技术和植物学领域；更具体地，本专利技术涉及改造禾谷类作物识别结瘤因子(Nodfactors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。
技术介绍
根瘤共生(RootNoduleSymbiosis，RNS)是豆科植物与根瘤菌之间形成的另一种互利互惠的共生形式。根瘤菌可以侵入植物皮层，刺激皮层细胞分裂形成膨大器官根瘤。在根瘤的厌氧微环境中，根瘤菌可以利用固氮酶将空气中的N2还原成NH4+被植物所利用，从而减少植物对氮肥的依赖。氮是植物生长所必需的大量元素，也是农业生产的限制因素。目前世界上超过一半的食物是通过施用化肥(尤其是氮肥)获得的，而作物40～60％(热带土壤甚至高达90％)的产量也都归因于氮肥的使用，过度使用氮肥不仅提高了生产成本，同时对环境也造成了沉重的负担。每年约有40％未被植物利用氮肥直接脱氨形成N2回归大气之中，造成了严重的能源和资源浪费；其次，氮肥代谢产生的N2O是一种重要的“温室效应”气体，其GWP(100-yearAverageGlobal-WarmingPotential)是CO2的296倍。再者，随着灌溉和雨水流入江河湖海的氮肥也会造成水体富营养化等危害。因此，在农业生产上引入根瘤共生系统对减少氮肥使用和农业可持续发展都有重要意义。世界上最重要的三大粮食作物(禾谷类作物)水稻、小麦和玉米都不能与根瘤菌共生，但是，禾谷类作物拥有commonsymbiosissignalpathway(CSSP)的事实为改造禾谷类作物进行根瘤共生提供了可能。目前，禾谷类作物改造主要集中在以下3个方面：1)Nodfactors受体；2)根瘤特异转录因子(如ERN、NIN等)；3)固氮酶和合适的固氮微环境，其中改造受体使其识别Nodfactors是禾谷类作物改造的首要任务。因此，本领域需要加强对禾谷类作物识别Nodfactors的研究，使得禾谷类作物进行根瘤固氮成为一种可能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改造禾谷类作物识别结瘤因子(Nodfactors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。在本专利技术的第一方面，提供一种改造禾谷类作物使其识别结瘤因子或增加根瘤菌定殖数目的方法，所述方法包括：将禾谷类作物中MYR1基因的胞外区与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因1；或将禾谷类作物中CERK1基因的胞外区与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因2；将该融合基因1和2引入禾谷类作物中，从而获得识别结瘤因子或根瘤菌定殖数目增加的禾谷类作物。在一个优选例中，所述的根瘤植物包括：豆科植物；较佳地，包括(但不限于)：苜蓿，大豆、百脉根、豌豆、鹰嘴豆，上述的豆科作物基因组中都有MtLYK3和MtNFP的同源基因。在另一优选例中，所述的禾谷类作物包括(但不限于)：水稻，大麦、小麦、燕麦、黑麦，玉米，高粱，上述的禾谷类作物的基因组中都有CERK1和MYR1的同源基因。在另一优选例中，所述的MYR1基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:3氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:3氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-15个；更佳地1-10个，如5个，3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)与(a)限定的蛋白序列有80％以上(较佳地85％以上；更佳地90％以上；更佳95％以上，如98％，99％)同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。在另一优选例中，所述的CERK1基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:4氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:4氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-15个；更佳地1-10个，如5个，3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)与(a)限定的蛋白序列有80％以上(较佳地85％以上；更佳地90％以上；更佳95％以上，如98％，99％)同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。在另一优选例中，所述的根瘤植物中的同源基因包括(但不限于)：蒺藜苜蓿中的LYK3基因和NFP基因，百脉根中的NFR1基因和NFR5基因，大豆中的NFR1α基因和NFR5α基因，NFR1β基因和NFR5β基因，以及豌豆的SYM10基因。在另一优选例中，所述的LYK3基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:5氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:5氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-15个；更佳地1-10个，如5个，3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)与(a)限定的蛋白序列有80％以上(较佳地85％以上；更佳地90％以上；更佳95％以上，如98％，99％)同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。在另一优选例中，所述的NFP基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:6氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:6氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-15个；更佳地1-10个，如5个，3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)与(a)限定的蛋白序列有80％以上(较佳地85％以上；更佳地90％以上；更佳95％以上，如98％，99％)同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。在另一优选例中，所述的MYR1基因编码的多肽的胞外域具有SEQIDNO:3中第1～246位序列；或所述的CERK1基因编码的多肽的胞外域具有SEQIDNO:4中第1～232位序列；或所述的LYK3基因编码的多肽的胞外域具有SEQIDNO:5中第1～224位序列；或所述的NFP基因编码的多肽的胞外域具有SEQIDNO:6中第1～246位序列。在另一优选例中，将该融合基因1和2共同引入禾谷类作物中。在另一优选例中，通过农杆菌转化法将该融合基因引入禾谷类作物中。在本专利技术的另一方面，提供一种融合基因，所述的融合基因包括胞内区、跨膜区以及胞外区，其中所述的胞内区、跨膜区是禾谷类作物中MYR1基因或CERK基因的胞内区及跨膜区；所述的胞外区是根瘤植物的LYK3基因或NFP基因的胞外区。在本专利技术的另一方面，提供一种融合多肽，其由所述的融合基因编码而成。在本专利技术的另一方面，提供所述的融合基因或所述的融合多肽的用途，用于改造禾谷类作物使其识别结瘤因子或增加根瘤菌定殖数目。在本专利技术的另一方面，提供禾谷类作物中的MYR1多肽的用途，用于与CERK1多肽相互作用，起始菌根共生信号途径。在本专利技术的另一方面，提供一种起始禾谷类作物的菌根共生信号途径的方法，所述方法包括：使禾谷类作物中MYR1多肽与CERK1多肽相互作用，从而起始菌根共生信号途径。本专利技术的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。附图说明图1、Osmyr1突变体的菌根共生水平分析。A，OsMYR1的蛋白结构模式图。图中以不同颜色标注出信号肽(SP，黄色)、LysM结构域(LysM1，LysM2，LysM3，粉色)、跨膜结构域(TM，红色)、激酶结构域(KD，蓝色)以及移码造成的错误编码区域(紫色)。激酶结构域处的箭头代表检测O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改造禾谷类作物使其识别结瘤因子或增加根瘤菌定殖数目的方法，其特征在于，所述方法包括：将禾谷类作物中MYR1基因的胞外区与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因1；或将禾谷类作物中CERK1基因的胞外区，与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因2；将该融合基因1和2引入禾谷类作物中，从而获得识别结瘤因子或根瘤菌定殖数目增加的禾谷类作物。

【技术特征摘要】
1.一种改造禾谷类作物使其识别结瘤因子或增加根瘤菌定殖数目的方法，其特征在于，所述方法包括：将禾谷类作物中MYR1基因的胞外区与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因1；或将禾谷类作物中CERK1基因的胞外区，与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因2；将该融合基因1和2引入禾谷类作物中，从而获得识别结瘤因子或根瘤菌定殖数目增加的禾谷类作物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根瘤植物包括：豆科植物；较佳地，包括：苜蓿，大豆、百脉根、豌豆、鹰嘴豆等。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的禾谷类作物包括：水稻，大麦、小麦、燕麦、黑麦，玉米，高粱等。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的MYR1基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:3氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:3氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)与(a)限定的蛋白序列有80％以上同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的CERK1基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:4氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:4氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)与(a)限定的蛋白序列有80％以上同源性且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根瘤植物中的同源基因包括：蒺藜苜蓿中的LYK3基因和NFP基因，百脉根中的NFR1基因和NFR5基因，大豆中的NFR1α基因和NFR5α基因，NFR1β基因和NFR5β基因，以及豌豆的SYM10基因。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的LYK3基因编码的多肽选自：(a)如SEQIDNO:5氨基酸序列的蛋白；(b)将SEQIDNO:5氨基酸序列经过一个或多个氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：王二涛，何江曼，张晓伟，戴慧玲，刘欢，董文涛，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31