用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的方法技术

本发明专利技术提供用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的方法，其包括通过增加所述植物中乙烯依赖的向地性缺陷的黄绿蛋白(EGY)的活性或表达修饰所述植物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的方法专利
本专利技术涉及用于改善植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的方法，和具体地，涉及用于减少烟草植物中的烟草特异性亚硝胺或其前体的方法。本专利技术进一步涉及通过本方法可获得的植物及其下游产品(例如繁殖材料、收获的叶、处理的叶和可消耗的产品)。背景日益增长的世界人口需要增加的粮食产量。根据联合国粮食和农业组织的预测(FAO,2006,“WorldAgriculture:towards2030/2050”.中期报告.FAO,Rome,Italy)，从2000到2050，谷类产量将需要增加60%。更多的作物产量需要更大量的植物营养物。因此，肥料消耗将会随着作物产量需求增加而显著增加。施用肥料以平衡用收获的作物从田间的永久性营养物输出和土壤提供的营养物之间的缺口。然而，并非所有施用的肥料在作物中结束。部分肥料营养物损失在较广阔的环境中，并且还可促成环境问题。因此，在农业上存在对更有效的植物营养物使用的社会和政治需求。氮(N)和硝酸盐(NO3-)可用性调节植物代谢、生长和发育的许多方面。氮使用效率(NUE)和氮利用效率(NUTL)为评估降低氮(N)损失同时维持农业生产力的措施的效率的关键指示物。NUE通常定义为每单位施用的氮所收获的植物材料的重量。NUTL通常定义为每单位植物累积的氮所收获的材料的重量。因此改善NUE和/或NUTL为农业生产的期需目标。烟草特异性亚硝胺(TSNA)通过在烟草的调制和处理期间发生的亚硝化反应从烟碱和相关化合物形成，如图1中所说明的。晾制的烟草中的亚硝化剂通常为熟化期间从通过微生物作用还原叶硝酸盐衍生的亚硝酸盐，已经显示亚硝胺的产生与高水平的硝酸盐/亚硝酸盐和一氧化氮相关(LiangS.,YangJ.,ZhouJ.,YuJ.,MaY.,BaiR.,XuF.,YangC;ActaPhysiol.Plant.(2013)35:3027-3036)。外源性物质的施用可通过调节白肋(burley)烟草中生物碱类和亚硝酸盐的生物合成减少烟草特异性亚硝胺的水平。ActaPhysiol.Plant.(2013)35:3027-3036)。TSNA减少为烟草工业的期需目标。专利技术概述根据第一个方面，本专利技术提供用于增加植物中的氮使用效率(NUE)和/或氮利用效率(NUTL)的方法，其包括通过增加所述植物中乙烯依赖的向地性缺陷的黄绿蛋白(ethylene-dependentgravitropism-deficientandyellowgreenprotein,EGY)的活性或表达修饰所述植物。在另一个方面，本专利技术提供植物中增加的编码EGY蛋白的多核苷酸的表达或增加的EGY蛋白的活性用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的用途。在另一个方面，本专利技术提供用于通过增加烟草植物中乙烯依赖的向地性缺陷的黄绿蛋白(EGY)的活性或表达减少所述植物中至少一种烟草特异性亚硝胺(TSNA)或其前体的水平的方法。在另一个方面，本专利技术提供用于产生具有减少的至少一种TSNA或其前体的烟草植物、烟草植物繁殖材料、烟草叶、切割的收获的烟草叶、处理的烟草叶或切割和处理的烟草叶的方法，所述方法包括修饰所述烟草植物以在所述植物中增加EGY基因的表达或增加EGY蛋白的活性。在进一步的方面，本专利技术提供包含编码EGY蛋白的核酸的构建体或载体。在另一个方面，本专利技术提供植物细胞(例如烟草植物细胞)，其：i)包含外源性EGY多核苷酸；ii)包含本专利技术的构建体或载体；和/或iii)通过本专利技术的方法或用途可获得(例如获得)。在另一个方面，本专利技术提供植物(例如烟草植物)，其：i)包含外源性EGY多核苷酸；ii)经修饰以达到与未修饰的植物相比氮使用效率和/或氮利用效率的增加，其中修饰为在所述修饰的植物中EGY多肽的活性或表达增加；iii)通过本专利技术的方法或用途可获得；iv)包含本专利技术的构建体或载体；和/或v)包含本专利技术的细胞。在进一步的方面，本专利技术提供从本专利技术的植物可获得的植物繁殖材料(例如植物种子)。在进一步的方面，本专利技术提供本专利技术的或从本专利技术的繁殖材料可获得的或从本专利技术的方法可获得的植物(例如烟草植物)的收获的叶。在另一个方面，本专利技术提供处理的叶(例如处理的烟草叶，优选地不能存活的处理的烟草叶)，其：a.包含本专利技术的植物细胞；b.从通过本专利技术的方法可获得的植物可获得；c.通过处理本专利技术的植物可获得；d.从自本专利技术的植物繁殖材料繁殖的植物可获得；和/或e.通过处理本专利技术的收获的叶可获得。在进一步的方面，本专利技术提供植物产品，其：a.从通过本专利技术的方法获得或可获得的植物制备；b.从本专利技术的植物制备；c.从自本专利技术的植物繁殖材料繁殖的植物制备；d.从本专利技术的收获的叶制备；e.从本专利技术的处理的叶制备；和/或f.从自本专利技术的修饰的植物获得或可获得的植物提取物制备或包含自本专利技术的修饰的植物获得或可获得的植物提取物。在另一个方面，本专利技术提供吸烟制品、无烟烟草产品或烟草加热装置，其包含来自通过本专利技术的方法获得或可获得的物种普通烟草(Nicotianatabacum)或黄花烟草(Nicotianarustica)的植物或其部分或本专利技术的烟草植物。在进一步的方面，本专利技术提供以下用于生产本专利技术的产品的用途：a.本专利技术的植物或其部分；b.从本专利技术的植物繁殖材料繁殖的植物(优选叶)；c.本专利技术的收获的叶；和/或d.本专利技术的处理的叶；e.从本专利技术的植物获得的植物提取物。本专利技术进一步提供本专利技术的植物用于培育植物的用途。本专利技术进一步提供本专利技术的植物用于生长作物的用途。本专利技术进一步提供本专利技术的植物用于产生叶(例如处理的(优选调制的)叶)的用途。在进一步的方面，本专利技术提供用于针对EGY变体筛选植物(例如烟草植物)的方法，所述方法包括比较所述植物中的EGY多核苷酸序列(例如基因)与野生型EGY多核苷酸序列以鉴定所述植物中变体EGY多核苷酸序列的存在情况，和任选地进一步确定所述变体EGY多核苷酸序列与增加的NUE和/或增加的NUTL相关。在另一个方面，本专利技术提供用于鉴定具有增加的NUE和/或增加的NUTL倾向的植物(例如烟草植物)的方法，所述方法包括比较所述植物中的EGY多核苷酸序列(例如基因)与野生型EGY多核苷酸序列以鉴定所述植物中变体EGY多核苷酸序列的存在情况，和任选地进一步确定所述变体EGY多核苷酸序列与增加的NUE和/或增加的NUTL相关。本专利技术进一步参考说明书和附图提供基本如本文所描述的方法、叶、植物、植物繁殖材料、收获的叶、产品、用途或其组合。附图简述图1显示在烟草烟雾中烟草特异性亚硝胺(TSNA)从前体例如烟碱和去甲烟碱经由亚硝化反应形成。图2显示(A)Yb1基因和(B)Yb2基因的定位克隆。绘制暗线以表示遗传标志的相对位置。这些标志之间的遗传距离以cM显示。灰色矩形指示外显子。(C)Yb突变的后果。Yb2的外显子2中8bp缺失引起移码，其导致在终止于过早的终止密码子之前掺入8个假氨基酸。Yb1的外显子9中插入T引起移码，其导致在终止于过早的终止密码子之前掺入21个假氨基酸。图3显示拟南芥属(Arabidopsis)EGY1(NP_198372)和普通烟草EGY1(NtEGY1)和EGY2(NtEGY2)的多肽和多核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的方法，其包括通过增加所述植物中乙烯依赖的向地性缺陷的黄绿蛋白(EGY)的活性或表达修饰所述植物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.22 US 62/3531301.用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的方法，其包括通过增加所述植物中乙烯依赖的向地性缺陷的黄绿蛋白(EGY)的活性或表达修饰所述植物。2.植物中增加的编码EGY蛋白的多核苷酸的表达或增加的EGY蛋白的活性用于增加植物中的氮使用效率和/或氮利用效率的用途。3.权利要求1的方法或权利要求2的用途，其中EGY蛋白在所述植物叶中过表达。4.前述权利要求中任一项的方法或用途，包括在植物内表达包含编码EGY多肽的核酸序列的多核苷酸(例如外源性多核苷酸)。5.权利要求4的方法或用途，其中所述多核苷酸(例如外源性多核苷酸)包含编码EGY多肽的核酸序列，所述核酸序列与用于指导所述核酸序列在所述植物中转录的异源启动子操作性连接。6.权利要求5的方法或用途，其中所述启动子为叶特异性或叶优选的启动子。7.前述权利要求中任一项的方法或用途，其中所述植物为作物植物，例如，果实作物、种子作物、豆类或坚果作物。8.前述权利要求中任一项的方法或用途，其中所述方法或用途用于在烟草植物中减少至少一种烟草特异性亚硝胺(TSNA)或其前体(例如叶硝酸盐)的水平。9.用于产生具有减少的至少一种TSNA或其前体的烟草植物、烟草植物繁殖材料、烟草叶、切割的收获的烟草叶、处理的烟草叶或切割和处理的烟草叶的方法，所述方法包括修饰所述烟草植物以在所述植物中增加EGY基因的表达或增加EGY蛋白的活性。10.权利要求8或9的方法或用途，其中当与未经修饰以增加所述植物中EGY基因的表达或增加EGY蛋白的活性的烟草植物相比时至少一种TSNA或其前体减少。11.权利要求8-10中任一项的方法或用途，其中TSNA为烟碱衍生的亚硝胺酮(NNK)、亚硝基去甲烟碱(NNN)、亚硝基新烟草碱(NAT)或N-亚硝基新烟碱(NAB)。12.前述权利要求中任一项的方法或用途，其中所述植物来自物种普通烟草(Nicotianatabacum)或黄花烟草(Nicotianarustica)。13.前述权利要求中任一项的方法或用途，其中编码所述EGY多肽的多核苷酸：a.编码具有下列保守残基的EGY多肽：包含Gly-176、Asn-177、Leu-178和Arg-179的GNLR基序；包含His-311、Glu-312、X-313、X-314和His-311的HEXXH基序；和包含Asn-441、X-442、X-443、Pro-444、X-445、X-446、X-447、Leu-448、Asp-449和Gly-450的NXXPXXXLDG基序；其中X为任何氨基酸并且其中保守残基的编号意指EGY蛋白与具有SEQIDNO:1的拟南芥(Arabidopsisthaliana)EGY1蛋白比对时的有效等效位置；或b.包含编码如SEQIDNO:2或3所示的多肽或其功能片段或与SEQIDNO:2或3或其功能片段具有至少70%序列同一性的序列的多核苷酸序列；或c.包含如SEQIDNO:4、5、21或22所示的多核苷酸序列或与SEQIDNO:4、5、21或22具有至少70%序列同一性的多核苷酸序列；或d.包含可与如以上a.、b.或c.中所定义的多核苷酸杂交的多核苷酸序列。14.前述权利要求中任一项的方法或用途，其中由EGY基因或编码所述EGY多肽的核酸序列所编码的多肽包含如SEQIDNO:2或3所示的序列或其功能片段或与SEQIDNO:2或3或其功能片段具有至少70%(优选地85%，更优选地90%)序列同一性的序列。15.包含编码如权利要求13或14中定义的EGY蛋白的核酸的构建体或载体。16.一种构建体或载体，其包含与叶特异性或叶优选的启动子操作性连接的编码如权利要求13或14中定义的EGY蛋白的核酸。17.一种植物细胞(例如烟草植物细胞)，其：i)包含外源性EGY多核苷酸；ii)包含权利要求15或16的构建体或载体；和/或iii)通过权利要求1-14中任一项的方法或用途可获得(例如获得)。18.一种植物(例如烟草植物)，其：i)包含外源性EGY多核苷酸；ii)经修饰以达到与未修饰的植物相比氮使用效率和/或氮利用效率增加，其中所述修饰为增加所述修饰的植物中EGY多肽的活性或表达；iii)通过权利要求1-14中任一项的方法或用途可获得；iv)包含权利要求15或16的构建体或载体；和/或v)包含权利要求17的细胞。19.从权利要求18的植物可获得的植物繁殖材料(例如植物种子)。20.权利要求18的或从权利19的繁殖材料可获得的或从权利要求1-14中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：K德拉克斯托，RS刘易斯，ME汉弗莱，K爱德华兹，
申请(专利权)人：北卡罗莱纳州立大学，
类型：发明
国别省市：美国,US