与烟草低铁胁迫相关的基因、启动子及其应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程技术领域，涉及NtPIN3基因和启动子，特别是指与烟草低铁胁迫相关的基因、启动子及其应用。NtPIN3基因在调控耐低铁胁迫下烟草生长发育中的应用，所述NtPIN3基因的序列如SEQ ID No.1所示。一种用于启动与低铁胁迫下烟草生长发育相关的基因的启动子。通过构建低铁诱导特异启动子proNtPIN3启动NtPIN3基因的表达载体，实现NtPIN3基因在低铁胁迫条件下特异高表达，一方面提高了烟草叶片的铁含量，另一方面提高了烟草的耐低铁能力。本发明专利技术可广泛应用于烟草NtPIN3基因表达抑制的相关理论以及烟草提高铁含量、抵御低铁胁迫等应用研究。抵御低铁胁迫等应用研究。抵御低铁胁迫等应用研究。

【技术实现步骤摘要】
与烟草低铁胁迫相关的基因、启动子及其应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程领域，涉及NtPIN3基因，特别是指与烟草低铁胁迫相关的基因、启动子及其应用。

技术介绍

[0002]铁元素是必需的营养元素，参与植物生长发育的方方面面，广泛参与植物的光合作用、呼吸作用、叶绿素合成以及一些代谢酶促反应等等，对植物的生长起着着至关重要的作用。尽管铁元素在土壤的含量非常丰富，主要以Fe
2+
和Fe
3+
形式存在，而在含氧充足的环境中，会形成稳定的氧化物或者氢氧化物而很难被植物吸收利用，因此难以满足植物正常的生长发育需求。有研究表明全球约有40%的土壤处于缺铁的状况，而我国也依然存在缺铁现象。对于中国这样的人口大国，从南到北以（四川盆地到内蒙古高原）及从东到西（淮北平原到新疆）的大部分地区严重缺铁，造成植物缺铁失绿，对农业生产必将产生重要的影响。缺铁不仅会造成作物的产量和品质下降，同时也会降低作物中铁元素的含量，影响人类对铁元素的摄入，势必会导致一些缺铁性贫血等相关疾病，严重影响人类健康。因此，植物缺铁失绿造成的影响是一项全球性的问题，也是目前植物营养胁迫研究的热点之一，培育选育耐铁胁迫的作物品种是目前亟待解决问题的关键。
[0003]生长素极性运输家族基因（PINs）主要参与调控生长素在植物组织中的分布，从而影响植物的生长发育。截止到目前为止，水稻和拟南芥中已有关于这个家族基因功能的研究，研究表明这个家族的成员主要参与调控根系的发育，关于该家族成员是否参与调控营养元素吸收还未见报道。目前对烟草基因组数据的生物信息学分析表明，烟草中至少有20个PINs家族成员，但这些成员的功能鲜有报道。本课题组从烟草中发现一个生长素极性运输家族基因NtPIN3受低铁胁迫增强表达，然而该基因功能并没有人记载，因此深入研究低铁胁迫下烟草NtPIN3的调控机制对于提高植物的铁素吸收和利用效率至关重要，可为选育烟草铁高效利用品种提供理论依据。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种与烟草耐低铁胁迫相关的基因、启动子及其应用，创制耐低铁胁迫的烤烟新品系，对减少铁肥施用，减少成本和环境污染具有重要的应用价值，为培育铁高效新品种提供思路和方法。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：NtPIN3基因在调控耐低铁胁迫下烟草生长发育中的应用，所述NtPIN3基因的序列如SEQ ID No.1所示。
[0006]一种启动子，用于启动与低铁胁迫下烟草生长发育相关的基因。
[0007]进一步，所述启动子的序列如SEQ ID No.2所示。
[0008]进一步，所述基因序列如SEQ ID No.1所示。
[0009]一种重组载体，所述重组载体含有上述的NtPIN3基因和上述的启动子。
[0010]上述的重组载体在调控耐低铁胁迫下烟草生长发育中的应用。
[0011]上述的重组载体在培育高效利用铁素的烤烟新品种中的应用。
[0012]进一步，步骤为：将重组载体遗传转化至待改造烟草中，即可培育获得铁素高效利用的优势烟草。
[0013]优选的，所述待改造烟草为烤烟品种。
[0014]优选的，所述待改造烟草为烤烟品种云烟87。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术利用农杆菌转化法获得了NtPIN3过表达植株，发现该NtPIN3基因在低铁胁迫下，通过调控高亲和铁转运蛋白NtHAK基因家族相关基因的表达，提高烟株的铁含量和铁素利用效率，进而调控烟株在低铁胁迫下的生长发育，提高烟株的对低铁胁迫的耐受性，能够为培育耐低铁烤烟新品种提供理论依据。
[0016]2、本申请发现NtPIN3在根中表达量最高，茎中其次，叶片中最低 (图4A)。进一步测定了培养21天整株烟苗在不同胁迫下（缺N、缺P、缺K、缺Ca、缺Mg），NtPIN3基因的相对表达水平。结果显示，低铁胁迫显著上调烟草中NtPIN3基因的表达（图4B）。这些发现表明，NtPIN3基因参与了烟草生长发育，并且可以调控低铁胁迫下NtPIN3基因表达；通过构建低铁诱导特异启动子启动NtPIN3基因，创制耐低铁胁迫的烤烟新品系，为培育铁高效新品种提供思路和方法。本申请利用低铁诱导特异启动子proNtPIN3，构建过量表达载体，创制了耐低铁胁迫烤烟新品系，对减少铁肥施用，减少成本和环境污染具有重要的应用价值。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为NtPIN3基因克隆的电泳图。
[0019]图2为NtPIN3在烟草表皮细胞中的亚细胞定位图。
[0020]图3为本专利技术实施例提供的NtPIN3在烟草不同部位和不同缺素胁迫下的表达模式。
[0021]图4为本专利技术实施例提供的野生型烟草（WT）和proNtPIN3::NtPIN3转基因材料在不同铁素供应条件下的表型特征生物量、叶绿素含量和抗氧化能力。
[0022]图5为本专利技术实施例提供的的野生型烟草（WT）和proNtPIN3::NtPIN3转基因材料的铁素含量和铁素积累量。
[0023]图6为本专利技术实施例提供的的野生型烟草（WT）和proNtPIN3::NtPIN3转基因材料的铁吸收与利用途径相关基因表达情况。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发
明保护的范围。
[0025]实施例1本专利技术从烟草云烟87中克隆到NtPIN3基因和启动子序列，构建NtPIN3启动子启动NtPIN3基因的过表达载体并进行遗传转化，获得NtPIN3过表达转基因植株，利用野生型烟草云烟87和NtPIN3过表达转基因植株分析了低铁胁迫下植株的生物量、抗氧化能力、铁含量和铁素积累量、高亲和铁转运蛋白相关基因表达水平，经分析发现NtPIN3基因过量表达可以调控烟株在低铁胁迫下的生长发育，提高烟株的对低铁胁迫的耐受性，烟草生长素抑制基因NtPIN3的序列如SEQ ID No.1所示，启动子序列如SEQ ID No.2所示。
[0026]烟草生长素响应因子NtPIN3基因和启动子的克隆方法具体包括：第一步：烟草叶总RNA的提取；以云烟87根系为材料，使用Eastep
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Super Total RNA Extraction Kit（上海普洛麦格生物产品有限公司）试剂盒提供的方法提取总RNA，测定所提总RNA的OD260/280值，并用1.2％琼脂糖凝胶电泳检测其完整性；第二步：烟草根系总cDNA和基因组总D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.NtPIN3基因在调控耐低铁胁迫下烟草生长发育中的应用，其特征在于：所述NtPIN3基因的序列如SEQ ID No.1所示。2.一种启动子，其特征在于：用于启动与低铁胁迫下烟草生长发育相关的基因。3.根据权利要求2所述的启动子，其特征在于：所述启动子的序列如SEQ ID No.2所示。4.根据权利要求3所述的启动子，其特征在于：所述基因序列如SEQ ID No.1所示。5.一种重组载体，其特征在于：所述重组载体含有权利要求1所述的NtPIN3...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宏昉，罗贞宝，黄静，喻奇伟，曹廷茂，孙希文，张龙，康俊，谢丽，尹卓然，杨永霞，张松涛，张小全，
申请(专利权)人：贵州省烟草公司毕节市公司贵州省烟草公司贵阳市公司，
类型：发明
国别省市：