OsDNR1基因的应用制造技术

本发明专利技术公开了OsDNR1基因的应用。OsDNR1基因在提高水稻的氮肥利用效率与产量中的应用。籼稻OsDNR1基因启动子在提高水稻的氮肥利用效率与产量中的应用，所述的籼稻OsDNR1基因启动子序列如SEQ ID NO.3所示。我们利用华粳籼74背景下的68份单片段置换系材料进行QTL分析，鉴定到了影响硝态氮吸收速率的主效QTL位点，qDNR1。通过将籼稻中OsDNR1的优异等位变异引入到粳稻中，能够提高水稻的氮肥利用效率与产量。

【技术实现步骤摘要】
OsDNR1基因的应用
本专利技术属于植物基因工程
，涉及OsDNR1基因的应用。
技术介绍
水稻是我国第二大粮食作物，其种植总面积、总产量和单位面积产量均居全国粮食作物第二位(www.fao.org/faostat/zh/#data)。因此，水稻在中国粮食生产和农业发展中历来具有举足轻重的战略意义。水稻育种经历了一代代的改良。上世纪60年代，“绿色革命”的出现推动了半矮秆水稻和小麦新品种的育成和大面积推广，有效地解决了“高产与倒伏”之间的矛盾，实现了水稻单产的大幅度提升。然而，半矮秆水稻和小麦品种也表现出其生长发育对氮肥响应减弱的现象。由于根系对铵态氮和硝态氮吸收速率的下降，导致了氮肥利用效率(NitrogenUseEfficiency，NUE)的降低(Lietal.,2018)。我国水稻杂种优势利用研究始于1964年袁隆平发现雄性不育株。1970年李必湖在海南崖县南红农场发现一株花粉败育的野生稻，这为我国水稻雄性不育系的选育打开了突破口。1973年我国成功实现籼稻杂交水稻三系配套，1976年籼型杂交稻开始在全国大面积推广，我国成为世界上第一个成功进行水稻杂种优势商品化利用的国家。杂交水稻为我国粮食生产做出了巨大贡献(邓晓建等.2001)。在过去的半个多世纪，粮食产量显著增长用以养活日益增长的人口，这主要归功于化学肥料的大量使用(Godfrayetal.,2010；Liuetal.,2013)。然而，大量使用肥料会引起严重的环境污染、气候变化以及生物多样性的破坏，这些都是21世纪人们所需要面临的巨大挑战。据报道每年有超过120Mt的氮肥投入田间，然而在发展中国家中，作物吸收的氮肥不足一半(Rothstein,2007；Kantetal.,2011)。因此为满足作物的生长，氮肥的需求量在持续增长。现今为解决产量与环境冲突最有效的方法就是提高氮肥利用率。氮肥利用效率(NitrogenUseEfficiency，NUE)是一个复杂的性状，受遗传因素与多种环境因素协同调控。一般而言，影响作物氮肥利用效率的因素主要是氮吸收效率(NitrogenUptakeEfficiency，NUpE)。氮吸收效率主要是由作物根系的氮吸收能力决定的。因此，从育种源头上通过提高水稻根系的氮肥吸收能力来提高水稻本身的氮肥利用效率势在必行。根系是植物获取氮素(N)的主要器官，是植物与土壤之间的关系纽带，由于其具备非常发达的通气组织，使其根际微环境中易发生硝化作用，因此水稻中大约40％的氮源是以硝酸盐的形式被吸收。水稻中的硝酸盐转运蛋白，大致可以分成低亲和力转运体NRT1和高亲和力转运体NRT2两个家族。但OsNPF6.5(OsNRT1.1B)是个例外，它编码双亲和的硝态氮转运蛋白。在OsNPF6.5(OsNRT1.1B)编码区，籼粳稻之间一个碱基的差异导致了硝酸盐转运蛋白的活性不同，最终导致籼稻品种的氮肥吸收速率普遍高于粳稻品种。究其原因，NRT1.1B通过调控水稻根系微生物组，使得籼稻根系周围富集的微生物组的种类多于粳稻，从而影响了籼粳亚种间的氮肥利用效率。然而，OsNRT1.1A的表达不受硝酸盐影响，受铵盐诱导，主要参与了水稻应对胞内硝酸盐及铵盐利用的基础代谢功能的调节。OsNRT2家族成员OsNRT2.1、OsNRT2.2和OsNRT2.3a的表达大多受到硝酸盐诱导，并且发挥吸收低浓度NO3-的功能时需要伴侣蛋白OsNAR2.1存在。OsNAR2.1过量表达株系的氮肥吸收能力和产量均显著提升；而osnar2.1功能缺失突变体的根长和侧根数目则会受到抑制。OsNRT2.3b，是与OsNRT2.3a在氨基酸序列上相似度高达94.2％的另一个转录本，在增强水稻对pH的缓冲能力，提高氮、铁、磷的吸收，以及提高水稻的氮肥有效利用率方面发挥重要作用。OsNPF2.4主要在表皮层、木质部薄壁组织和韧皮部筛管伴胞中表达，可以将硝态氮从根部运输至地上部分。在高浓度NO3-供应的条件下，过量表达OsNPF2.4可以增强硝态氮从根部到地上部分的运输。最近报道的硝酸盐转运蛋白OsNPF6.1HapB能够促进水稻根系对硝酸盐的吸收，并在低氮条件下提高水稻产量。尽管在水稻和玉米中已获得了一些氮高效利用相关的候选基因(GallaisandHirel,2004；Martinetal.,2006；Obaraetal.2001；Tabuchietal.,2005)，但是人们对控制植物氮吸收与利用效率的遗传调控网络的认识还非常有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的上述不足，提供籼稻OsDNR1基因的应用。本专利技术的另一目的是提供一种与水稻氮肥利用效率相关的标记。本专利技术的又一目的是一种提高水稻氮肥利用效率的方法。本专利技术的目的可通过以下技术方案实现：OsDNR1基因,其特征在于在籼稻中OsDNR1基因的cDNA核苷酸序列如SEQIDNO.1所示；在粳稻中OsDNR1基因的cDNA核苷酸序列如SEQIDNO.5所示。OsDNR1基因在提高水稻的氮肥利用效率与产量中的应用。籼稻OsDNR1基因启动子,其特征在于核苷酸序列如SEQIDNO.3所示。籼稻OsDNR1基因启动子在提高水稻的氮肥利用效率与产量中的应用。一种与水稻氮肥利用效率相关的标记，该标记为SEQIDNO.7所示的OsDNR1基因启动子中第797～1316bp的一段520bp序列；所述的标记在粳稻中存在，根系的NO3-吸收能力差；所述的标记在籼稻中缺失，导致OsDNR1基因的表达量低，根系的NO3-吸收能力升高。一种判断水稻氮肥利用效率的方法，检测水稻OsDNR1基因启动子，如果存在所述的标记，则该水稻品种氮肥利用效率低，如缺失所述的标记，则该水稻品种氮肥利用效率高。作为本专利技术的一种优选，检测水稻OsDNR1基因启动子使用的PCR引物如SEQIDNO.9和SEQIDNO.10所示。一种提高水稻氮肥利用效率的方法，降低OsDNR1的基因表达；优选敲除或沉默水稻中本专利技术所述的标记。有益效果：本专利技术利用华粳籼74(HJX74)背景下的68份单片段置换系材料(SingleSegmentSubstitutionLines，SSSLs)进行QTL分析，鉴定到了影响硝态氮吸收速率的主效QTL位点，qDNR1(DullNitrogenResponse)即OsDNR1基因。通过将籼稻中OsDNR1的优异等位变异引入到粳稻中，能够提高水稻的氮肥利用效率与产量。同时，本专利技术还发现与HJX74品种中的OsDNR1HJX74基因的2kb启动子(SEQIDNO.3)相比，等位基因OsDNR1IRAP9在其2kb启动子(SEQIDNO.7)中存在1个520bp插入片段和25个SNPs差异。本专利技术人对收集的13份籼稻和12份粳稻材料中的OsDNR1基因的2kb范围内的启动子区域进行测序分析，结果显示，启动子上的520bp粳稻中存在，在籼稻中缺失。在籼稻中，520bp缺失导致OsDNR1基因的表达量低，籼稻根系的NO3-吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.OsDNR1基因,其特征在于在籼稻中OsDNR1基因的cDNA核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；在粳稻中OsDNR1基因的cDNA核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示。/n

【技术特征摘要】
1.OsDNR1基因,其特征在于在籼稻中OsDNR1基因的cDNA核苷酸序列如SEQIDNO.1所示；在粳稻中OsDNR1基因的cDNA核苷酸序列如SEQIDNO.5所示。


2.权利要求1所述的OsDNR1基因在提高水稻的氮肥利用效率与产量中的应用。


3.籼稻OsDNR1基因启动子,其特征在于核苷酸序列如SEQIDNO.3所示。


4.权利要求3所述的籼稻OsDNR1基因启动子在提高水稻的氮肥利用效率与产量中的应用。


5.一种与水稻氮肥利用效率相关的标记，其特征在于该标记为SEQIDNO.7所示的粳稻OsDNR1基因启动子中第797～1316bp的一段520bp序列；所述的标记在粳稻中存在，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李姗，张思宇，沈成波，朱丽梅，张海鹏，田亚男，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32