一种植物响应氮磷调控重要基因GmNLA4的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种植物响应氮磷调控重要基因GmNLA4的应用。本发明专利技术提供大豆E3泛素连接酶GmNLA4基因和GmNLA4蛋白在调控植物根系氮磷协同中的应用，其核苷酸和氨基酸序列依次如SEQ ID NO:1～2所示。本发明专利技术研究显示，干涉表达植物中GmNLA4后，其表达量降低，植物根部的全磷浓度增加，表明GmNLA4基因负调控大豆根部的磷平衡；同时在低氮胁迫下，干涉GmNLA4表达后，也会显著增加大豆离体毛根的全磷浓度，表明GmNLA4参与了低氮胁迫下对大豆根部的磷平衡调控；因此，通过GmNLA4能调节植物根部的全磷浓度，改善土壤中磷缺乏的问题，降低磷肥的施用。施用。施用。

【技术实现步骤摘要】
一种植物响应氮磷调控重要基因GmNLA4的应用


[0001]本专利技术属于基因工程
更具体地，涉及一种植物响应氮磷调控重要基因GmNLA4的应用。

技术介绍

[0002]氮素和磷素不仅是植株生长发育所需的大量元素，而且还参与了参与许多重要的生化反应和代谢过程，包括能量转移、氧化磷酸化、酶活性调节和细胞信号传导等过程。在农业生产中，肥料的使用是增加作物产量的有效途径之一。但是，由于农业系统低效的氮磷利用效率，大部分施用的氮磷肥不能被植物吸收并流失到环境中。过多的施用氮肥和磷肥会增加氮磷在排水系统中的浸出，释放出活性温室气体，污染对流层，导致全球变暖，加速河流富营养化和土壤酸化等严重问题。因此，了解氮、磷元素之间的相互关系，对培育养分高效利用作物品种，减少肥料用量具有重要意义。
[0003]在自然环境中生长的植物总是面临着土壤中不断变化的养分，特别是氮磷养分的变化，氮和磷是植物生长发育所必需的两种主要元素，植物在长期的适应过程中进化出了相应的策略来协调氮和磷利用。由于植物的磷利用效率较低，多数磷常常不能为植物所吸收利用，而土壤中磷利用率也很低，常常依靠大量施磷以保证和增加可利用磷。但过度的磷施用会导致成本增加、水土污染、磷矿资源枯竭等许多负面影响和潜在危机。而植物在酸性土壤会受到生长抑制，由于过高的H
+
浓度危害植物，会在植物生长和产量表现出对有效磷的缺乏。因此，提高作物在酸性土壤中或低磷/氮胁迫下的适应性对农业生产有重要意义。而早期在烟草、大麦和菜豆中的研究发现，与正常磷浓度处理相比，磷饥饿处理降低了植株对硝酸盐的吸收和同化，揭示了低磷胁迫会抑制植物对硝酸盐的吸收，从而影响氮的吸收和利用效率。对禾本科作物的研究发现，当氮:磷的供应比为15:1时，植株的生物量达到最大值。氮磷供应比例的变化对植株的磷浓度、氮磷比例以及植株对氮和磷的吸收速率有十分显著的影响，适宜的氮磷供应比例对作物的籽粒产量和生产性能的影响大于氮和磷的绝对供应量。
[0004]氮限制适应因子(NITROGEN LIMITATION ADAPTATION，NLA)是植物中的一类RING型的E3泛素连接酶，含有SPX和RING两个蛋白结构域。近年来以模式植物拟南芥和水稻为研究材料，揭示了NLA作为泛素化途径中的E3泛素连接酶，可以和E2泛素结合酶PHO2互作，协同调控了下游磷转运蛋白的泛素化降解，进而调控拟南芥和水稻植株的磷平衡。NLA基因家族在拟南芥和水稻等虽已被克隆及报道，但其在豆科作物氮磷信号网络方面的生物学功能并不清楚。大豆属于我国主要的农作物之一，关于大豆中参与氮磷胁迫调控的基因还鲜有报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服上述问题的缺陷和不足，提供一种植物响应氮磷调控重要基因GmNLA4的应用。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供基因GmNLA4基因或GmNLA4蛋白或其表达抑制剂的应用。
[0007]本专利技术的第二个目的是提供一种提高大豆根系全磷浓度的产品。
[0008]本专利技术的第三个目的是提供一种提高大豆根系全磷浓度的方法。
[0009]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]本专利技术研究显示GmNLA4基因参与调控大豆根系的磷平衡，GmNLA4多表达于大豆毛根的根茎中，GmNLA4蛋白定位于细胞核和细胞膜中。在低磷、低氮处理下GmNLA4在根中的表达量下调。本专利技术通过构建大豆转基因毛根材料，在正常磷或低磷条件下，干涉GmNLA4表达能增加大豆根系的全磷浓度；同时在低氮胁迫下，干涉GmNLA4的表达，也会显著增加大豆离体毛根的全磷浓度，表明大豆GmNLA4基因参与了正常磷、低磷、正常氮或低氮条件下对大豆根部的磷平衡调控，负调控大豆根部的全磷浓度。通过GmNLA4能调节大豆根部的全磷浓度，改善土壤中磷缺乏的问题，同时能够降低磷肥的施用。本专利技术研究的GmNLA4基因核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，GmNLA4蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0011]因此，本专利技术提供SEQ ID NO:1所示GmNLA4基因或SEQ ID NO:2所示GmNLA4蛋白或其表达抑制剂在调控大豆根系磷平衡和/或全磷浓度、在提高大豆根系全磷浓度、在氮胁迫下提高大豆根系全磷浓度、在培育耐低氮的大豆转基因植物、在制备大豆根系全磷浓度调节剂中、在提高植物对酸性土壤的适应性中的应用。
[0012]本专利技术提供一种提高大豆根系全磷浓度的产品，含有GmNLA4蛋白的干扰或表达抑制剂。
[0013]优选地，所述GmNLA4蛋白的干扰或表达抑制剂包含GmNLA4基因的RNAi干扰载体。
[0014]进一步优选地，所述GmNLA4基因的RNAi干扰载体的GmNLA4
‑
RNAi基因正向片段的特异引物如SEQ ID NO:3～4所示；GmNLA4
‑
RNAi基因反向片段的特异引物为如SEQ ID NO:5～6所示。
[0015]本专利技术提供一种提高大豆根系全磷浓度的方法，对植物中的GmNLA4基因进行定点敲除、干扰或表达抑制来提高大豆根系全磷浓度。
[0016]优选地，通过RNA干扰技术对GmNLA4基因进行表达抑制，来提高大豆根系全磷浓度。
[0017]优选地，构建干涉GmNLA4基因的表达载体，转入植物体内，来提高大豆根系全磷浓度。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提供了大豆E3泛素连接酶GmNLA4的应用，本专利技术研究显示GmNLA4参与调控大豆根系的磷平衡，能改变根系全磷浓度。与正常供磷供氮条件下相比，低磷、低氮处理下GmNLA4在根中的表达量均下调了41.0％、47.8％。通过构建大豆转基因毛根材料(GmNLA4低表达植株)，在正常供磷和低磷条件下，抑制GmNLA4表达后，大豆离体毛根的全磷浓度分别增加了44.1％和16.5％；在正常氮和低氮胁迫下，抑制GmNLA4的表达，大豆根系全磷浓度增加了39.7％和39.4％；在低氮胁迫下对干涉转基因毛根的影响较大，低氮胁迫会显著增加大豆离体毛根的全磷浓度，显示GmNLA4参与了低氮胁迫下对大豆根部的磷平衡调控。通过GmNLA4能调节大豆根部的全磷浓度，改善土壤中磷缺乏的问题，同时能够降低磷肥的施用。GmNLA4基因对大豆离体毛根的全磷浓度有显著的影响，这对阐明NLA基因在豆科作物适应
酸氮磷协同调控的生物学功能有着重要意义。
附图说明
[0020]图1为大豆GmNLA4在叶部和根部对低磷的响应(A为叶部，B为根部，星号表示不同氮磷浓度处理之间差异显著(t
‑
检验)，*：P<0.05)；
[0021]图2为GmNLA4融合GUS在大豆离体毛根中的组织化学定位分析(图A、B、C为转化空载体的GUS染色结果(Pro:35S
‑
GUS)；图D、E、F为GmNLA4融合GUS蛋白在大豆离体毛根中的染色结果(Pro:GmNLA4<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.SEQ ID NO:1所示GmNLA4基因或SEQ ID NO:2所示GmNLA4蛋白在调控大豆根系磷平衡和/或全磷浓度中的应用。2.SEQ ID NO:1所示GmNLA4基因或SEQ ID NO:2所示GmNLA4蛋白或其表达抑制剂在提高大豆根系全磷浓度中的应用。3.SEQ ID NO:1所示GmNLA4基因或SEQ ID NO:2所示GmNLA4蛋白或其表达抑制剂在氮胁迫下提高大豆根系全磷浓度中的应用。4.SEQ ID NO:1所示GmNLA4基因或SEQ ID NO:2所示GmNLA4蛋白或其表达抑制剂在培育耐低氮胁迫的大豆转基因植物中的应用。5.SEQ ID NO:1所示GmNLA4基因或SEQ ID NO:2所示GmNLA4蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：田江，周明，雅雪，梁翠月，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：