本发明专利技术公开了一种玉米氮高效利用基因ZmNCRG1、及其分子标记和应用。所述玉米氮高效利用基因ZmNCRG1，其编码核苷酸序列选自为SEQ ID No.1所示的序列。在此氮高效利用基因内，鉴定了一个在抗感材料间存在差异的插入缺失标记。该标记与玉米氮高效利用连锁，可作为玉米氮高效利用分子标记，本发明专利技术提供了检测该分子标记的引物和方法。由于玉米氮的高效利用属数量性状遗传，表型分析耗时费力，本发明专利技术所述的玉米氮高效利用基因、分子标记和引物可以应用于玉米的氮高效利用育种。于玉米的氮高效利用育种。于玉米的氮高效利用育种。
【技术实现步骤摘要】
一种玉米氮高效利用基因及其分子标记和应用
[0001]本专利技术属于基因工程
，具体涉及一种玉米氮高效利用基因及其分子标记和应用。
技术介绍
[0002]氮是植物生长发育所需的大量元素之一，它是植物体内除去碳、氢、氧三种元素之后含量最多的元素。氮素是蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素、细胞分裂素等多种生物活性分子的重要组成部分，因此在细胞的形成、生长、植物细胞的各种代谢过程、光合作用、能量代谢以及细胞的分裂和伸长等方面具有重要的作用(Crawford and Forde,2002)。土壤氮的自然供应通常限制了大多数农业作物产量(Xu et al.,2012)。过去几十年氮肥的使用增加了粮食的产量，减少世界饥饿。但是随着人口的增多，粮食产量也需要大幅度增加,这样以来氮肥的施用量也需要随之增加。从农业生产中释放的过量氮化合物威胁到空气，水和土壤的质量；释放到大气中的NOx，加速了水的富营养化并使土壤酸化,造成环境污染(Guo et al.,2010)。
[0003]玉米是重要的粮食作物、饲料来源和能源作物。目前我国玉米的总产量已经超过水稻、小麦成为第一大粮食作物。有研究表明：2050年，世界玉米产量需要翻一番才能满足不断增长的人口需求(Ray et al.,2013)。而氮肥的使用可以显著的影响玉米产量。如何提高作物氮效率，降低氮肥流失带来的环境风险是当前中国农业生产面临的巨大挑战(Zhang et al.,2013)。在不影响玉米产量增加的前提下，降低氮肥的投入，需要我们选育和推广氮高效的作物品种。而这在很大程度上取决于我们对玉米抗低氮胁迫应答分子机制的认识程度。
技术实现思路
[0004]我们前期研究发现不同玉米自交系对氮素响应差异较大，即不同自交系组织中的NO3‑
浓度本身存在差异，同时不同自交系对低氮胁迫的响应也不同。我校国家玉米改良中心构建了由508份玉米自交系组成的关联群体(Li et al.,2013)，通过将转录组测序分析获得的103万个基于基因的SNP标记，与Illumina公司已开发的包含56110个SNP标记的MaizeSNP50BeadChip芯片基因型数据相结合，获得了所有材料的高密度遗传连锁图谱(Ganal et al.,2011；Li et al.,2013)。我们以此为材料，以NO3‑
浓度为指标，利用全基因组关联分析(GWAS)，挖掘与氮利用效率相关的因子。
[0005]一方面，本申请提供了一种玉米氮高效利用基因ZmNCRG1，其编码的氨基酸序列为SEQ ID No.2。
[0006]进一步地，其核苷酸序列为SEQ ID No.1。
[0007]另一方面，本申请提供了上述基因在耐低氮品种或氮高效利用植物品种育种中的应用。
[0008]进一步地，所述植物为玉米。
[0009]另一方面，本申请提供了一种玉米氮高效利用标志物ZmNCRG1
‑
Indel，其核苷酸序列为SEQ ID No.3。
[0010]另一方面，本申请提供了检测玉米氮高效利用标志物的试剂盒，其包括检测上述标志物ZmNCRG1
‑
Indel的试剂。
[0011]进一步地，所述检测上述标志物ZmNCRG1
‑
Indel的试剂为序列为SEQ ID No.6和SEQ ID No.7的引物对。
[0012]另一方面，本申请提供了鉴定玉米耐低氮品种或氮高效利用品种的方法，包括
[0013]使用序列为SEQ ID No.6和SEQ ID No.7的引物对扩增待鉴定品种的基因组DNA；
[0014]检测扩增产物是否包括上述ZmNCRG1
‑
Indel，如果不包括ZmNCRG1
‑
Indel，则待鉴定品种为耐低氮品种或氮高效利用品种，如果包括ZmNCRG1
‑
Indel，则待鉴定品种为非耐低氮品种或氮高效利用品种。
[0015]进一步地，检测扩增产物是否包括上述ZmNCRG1
‑
Indel通过测序进行。
[0016]另一方面，本申请提供了上述试剂盒或者方法在玉米耐低氮品种或氮高效利用品种育种中的应用。
[0017]本领域技术人员可以根据本领域已知的SNP检测方法检测ZmNCRG1
‑
Indel并提供相应试剂和试剂盒，这些方法包括但不限于扩增后测序、Taqman检测方法、熔解曲线法、ARMS
‑
PCR法、SNaPshot法、KASP法、质谱法等。试剂盒中的其他试剂本领域公知。
[0018]本申请中的玉米氮高效利用基因ZmNCRG1以及相应蛋白不仅包括SEQ ID No.1和SEQ ID No.2的基因和蛋白，还包括在SEQ ID No.1和SEQ ID No.2基础上进行一个或者多个取代缺失添加形成的，具有相同或者类似功能的序列。
[0019]本申请中所述的育种方法包括各种自交和杂交的传统育种方法，以及分子生物学育种方法，如过表达ZmNCRG1。
[0020]有益效果：
[0021]本专利技术提供了一种新的玉米氮高效利用显著位点，及其相关的氮高效利用基因ZmNCRG1的核苷酸序列和其对应的蛋白质氨基酸序列，并且鉴定了一个位于在其启动子区域插入或缺失的，与玉米氮高效利用连锁的大片段，该片段的插入或缺失，可作为玉米氮高效利用的分子标记。本专利技术还提供了一种用于检测本专利技术的玉米氮高效分子标记的引物对和试剂盒，以及检测玉米是否氮高效利用型的方法。
[0022]由于玉米氮高效利用属数量性状遗传，表型分析耗时费力，上述的玉米氮高效利用主效位点、氮高效利用基因及其蛋白质、分子标记、引物对和试剂盒都可以应用于玉米耐低氮育种中，在玉米种子期间或子叶长出的早期阶段就可鉴定，省时而且准确，可以加速玉米耐低氮品种选育进程。
附图说明
[0023]图1为低氮胁迫下(0.05mM NO3‑
)玉米自交系组织中NO3‑
浓度的曼哈顿图；箭头指示NO3‑
浓度的主效位点(ZmNCRG1)。
[0024]图2为氮高效利用基因ZmNCRG1遗传验证；(A)为在正常氮或低氮处理条件下生长了3周的野生型和ZmNCRG1基因敲除植株(ZmNCRG1
crispr
‑
1，ZmNCRG1
crispr
‑
2)的生长情况；(B)为(A)对应植株体内硝酸根含量；其中(A)中的标尺大小为10cm。ZmNCRG1基因的遗传验证：
在正常4mM NO3‑
浓度下(normal N；NN)，ZmNCRG1
crispr
‑
1和ZmNCRG1
crispr
‑
2突变体的生长与野生型没有差异(A和D)，体内NO3‑
浓度也无差异(B和E)。但对0.05mM NO3‑
低氮胁迫(low N；LN)的响应，突变体较野生型敏感。与野生本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种玉米氮高效利用基因ZmNCRG1，其特征在于，其编码的氨基酸序列为SEQ ID No.2。2.根据权利要求1所述玉米氮高效利用基因ZmNCRG1，其核苷酸序列为SEQ ID No.1。3.根据权利要求1或2所述的玉米氮高效利用基因ZmNCRG1在耐低氮品种或氮高效利用植物品种育种中的应用。4.根据权利要求3所述的应用，其中所述植物为玉米。5.一种玉米氮高效利用标志物ZmNCRG1
‑
Indel，其核苷酸序列为SEQ ID No.3。6.检测玉米氮高效利用标志物的试剂盒，其包括检测根据权利要求5所述的标志物ZmNCRG1
‑
Indel的试剂。7.根据权利要求6所述的试剂盒，其中检测根据权利要求5所述的标志物ZmNCRG1
‑
Indel的试剂为序列为SEQ ID No.6和SEQ ID No.7的引物对。8...
【专利技术属性】
技术研发人员：张静，贾冠南，陈国经纬，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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