具有改良的氮利用和胁迫耐性的植物制造技术

本发明专利技术涉及转基因植物，其具有增加的氮利用效率、胁迫耐性和/或减轻限制从而增加产量，或者这些的组合，并且已利用包括调节植物中的氮利用的合成N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)基因的新载体构建体转化所述转基因植物。本发明专利技术还包括分离自细菌菌株的精氨酸不敏感型NAGK的过量表达和酶促表征，所述NAGK改良胁迫耐性和氮摄取、代谢或者这两者。在各种实施方案中，所述载体构建体包括一种或多种核酸序列，包括SEQ?ID?NO:1。本发明专利技术还涉及用于转化植物的分离载体以及用于检测转化的植物的抗体。本发明专利技术还涉及在植物中表达核酸分子的方法，所述核酸分子对应调节植物中的氮利用或由氮条件调节的核酸序列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求2009年11月4日提交的美国专利申请系列号61/258，075的优先权。本专利技术一般涉及具有改良的氮利用和胁迫耐性的植物，更具体地，涉及在植物中异源表达精氨酸不敏感型N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)，包括分离自细菌菌株的精氨酸不敏感型NAGK的过量表达和酶促表征，所述NAGK改良胁迫耐性和氮摄取、代谢或者这两者。
技术介绍
植物在其营养生长和生殖生长阶段需要氮。氮通过土壤矿化、施用氮肥或者这二者而可为植物所利用。然而估计施用于农作物的50%-70%的氮从植物-土壤系统中流失[Peoples, M. B. et al. , “Minimizing Gaseous Losses of Nitrogen” In Nitrogen Fertilizer in the Environment (Bacon P. E ed)Marcel Dekker, pp. 565-606 (1995)]。氮是最昂贵的植物营养素之一，氮肥不总是可以合理成本获得，并且氮肥的过量施用可以导致环境挑战。玉米是通常需要氮肥以发挥其遗传潜力的农业重要植物的实例。在植物细胞中，NAGK (N-乙酰谷氨酸激酶)进行导致产生精氨酸的生物合成途径中的第二步。重要地，已知几种植物和细菌NAGK酶被高浓度的精氨酸抑制(Bourrellier,2009; Llacer, 2008; Lohmeier-VogeI，2005; Fernandez-Murga, 2004),这表明 NAGK 在植物中的精氨酸调节中起作用。此外，据证实植物P-II蛋白可以减轻基于精氨酸的NAGK抑制。已知P-II在调节植物中的碳和氮流量中起作用(Bourrellier，2009;Llacer, 2008)。上调植物中的精氨酸生物合成途径的一种方法是减少或消除精氨酸对NAGK的抑制。这可以通过在植物中异源表达精氨酸不敏感型NAGK酶来实现。这里，我们描述分离自细菌菌株的精氨酸不敏感型NAGK的过量表达和酶促表征。专利技术概述本专利技术涉及转基因植物，该植物具有增加的氮利用效率、胁迫耐性或者这两种性质，其已经利用新载体构建体转化，所述新载体构建体包括调节植物中氮利用的精氨酸不敏感型NAGK核酸序列。在细菌菌株文库中鉴定各种NAGK核酸序列，其中一些为新NAGK基因。鉴定用于本专利技术的NAGK基因的可选方法是已在公共数据库中存档的几种细菌和植物基因组测序项目，由此可以选择编码具有强活性的NAGK酶的序列。本专利技术还涉及用于转化植物的分离载体以及用于检测所关注的核苷酸序列在转化植物中的表达的抗体。本专利技术还涉及在植物中表达核酸分子的方法，所述核酸分子对应调节植物中的氮利用的核酸序列。具体地，已利用核苷酸序列SEQ ID NO: I及其变体、片段和互补体构建用于转化植物和细菌细胞的载体。这些载体包括5’DNA启动子序列和3’终止子序列，其中所述核酸序列、所述DNA启动子序列和所述终止子序列可操作地连接以允许所述核苷酸序列的转录。在一些实施方案中，所述启动子序列可以是组成型植物启动子或组织特异性启动子。本专利技术还包括多克隆抗体，其包含针对SEQ ID NO: I的核苷酸序列编码的多肽的多克隆抗体。本专利技术还包括用选自SEQ ID NO: I及其变体和片段的核苷酸序列转化的植物。所述植物选自玉米(corn)(玉米(maize))、高粱、小麦、向日葵、番爺、十字花科植物、胡椒、马铃薯、棉花、水稻、大豆、甜菜、甘蔗、烟草、大麦、和油菜、芸苔属(Brassica sp.)、苜蓿、黑麦、小米(millet)、红花、花生、甘薯、木薯、咖啡、椰子、菠萝、柑桔树、可可、茶、香蕉、鳄梨、无花果、番石榴、芒果、橄榄、番木瓜、腰果、澳洲坚果、杏仁、燕麦、蔬菜、草(例如草坪草、饲草或牧草)、观赏植物、树(例如果树、坚果树、pulp tree、油棕)以及针叶树。本专利技术还包括这类植物的组成部分、从这类植物产生的植物种子以及用本专利技术的载体构建体转化的植物种子。本专利技术还包括用核苷酸序列SEQ ID NO: I转化的宿主细胞。所述宿主细胞可以是细菌细胞或植物细胞。本专利技术还包括一种表达调节植物中的氮的核酸分子的方法，所述方法包括以下步骤提供用本专利技术的载体构建体转化的转基因植物或植物种子，并且使所 述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物在有效条件下生长，所述条件是在所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物中有效表达所述核酸分子的条件。转基因植物的生长有效增加所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物的氮摄取，和/或增加所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物的氮利用效率，和/或减轻限制，从而在所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物中提高产量。本专利技术还包括前述方法，其中提供转基因植物或者提供转基因种子。本专利技术还包括前述方法，其中所述植物选自玉米(corn)(玉米(maize))、高粱、小麦、向日葵、番爺、十字花科植物、胡椒、马铃薯、棉花、水稻、大豆、甜菜、甘蔗、烟草、大麦、和油菜、芸苔属、苜蓿、黑麦、小米、红花、花生、甘薯、木薯、咖啡、椰子、菠萝、柑桔树、可可、茶、香蕉、鳄梨、无花果、番石榴、芒果、橄榄、番木瓜、腰果、澳洲坚果、杏仁、燕麦、蔬菜、草(例如草坪草、饲草或牧草)、观赏植物、树(例如果树、坚果树、pulp tree、油棕)以及针叶树。本专利技术还包括通过一种在植物中表达由氮调节的核酸分子来改良植物的胁迫耐性的方法，所述方法包括以下步骤提供用本专利技术的载体构建体转化的转基因植物或植物种子，并且使所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物在有效条件下生长，所述条件是在所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物中有效表达所述核酸分子的条件。本专利技术还包括通过一种在植物中表达由氮调节的核酸分子来改变植物的形态学的方法，所述方法包括以下步骤提供用本专利技术的载体构建体转化的转基因植物或植物种子，并且使所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物在有效条件下生长，所述条件是在所述转基因植物或者由所述转基因植物种子长成的植物中有效表达所述核酸分子的条件。本专利技术还包括载体构建体，其包含编码NAGK氨基酸序列SEQ ID NO:2的核苷酸序列、5’ DNA启动子序列和3’终止子序列，其中所述核酸序列、所述DNA启动子序列和所述终止子序列可操作地连接以允许所述核苷酸序列的转录。本专利技术还包括载体构建体，其包含调节植物中的氮的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列为SEQ ID NO: I的序列；与3￡0 ID NO: I的核苷酸序列具有至少85%序列相同性的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮；编码NAGK氨基酸序列SEQ ID N0:2的核苷酸序列；以及编码与SEQ ID NO: 2的氨基酸序列具有至少85%序列相同性的氨基酸序列的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮，其中所述构建体还包含5’ DNA启动子序列和3’终止子序列，其中所述核苷酸序列、所述DNA启动子序列和所述终止子序列可操作地连接以允许所述核苷酸序列的转录。附图说明图I为pAX4389的载体图。图2为NAGK体外酶测定的图；用酶滴定。将NAGK酶加入底物(NAG)导致以酶依赖性方式形成产物。图3为NAGK体外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.04 US 61/258,0751.一种植物、植物细胞、植物材料或植物的种子，其包含精氨酸不敏感型NAGK基因，所述NAGK基因对于所述植物、植物细胞、植物材料或植物的种子是外源的或异源的。2.从权利要求I所述的植物细胞或种子再生的植物。3.如权利要求I所定义的植物，其中所述植物与在相同条件下培养的野生型植物相比表现出提闻的氣利用效率。4.一种提高植物中的氮利用效率的方法，所述方法包括至少用精氨酸不敏感型NAGK基因转化所述植物的步骤。5.一种NAGK序列，其包含选自以下的核苷酸序列 a)核苷酸序列SEQID NO: I ； b)与SEQID NO: I具有至少85%序列相同性的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用； c)编码SEQID NO: 2的氨基酸序列的核苷酸序列；以及， d)编码与SEQID NO: 2的氨基酸序列具有至少85%序列相同性的氨基酸序列的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用。6.—种表达载体,其包含选自以下的核苷酸序列 a)核苷酸序列SEQID NO: I ； b)与SEQID NO: I具有至少85%序列相同性的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用； c)编码SEQID NO: 2的氨基酸序列的核苷酸序列；以及， d)编码与SEQID NO: 2的氨基酸序列具有至少85%序列相同性的氨基酸序列的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用。7.如权利要求6所述的表达载体，其还包含5’DNA启动子序列和3’终止子序列，其中所述核苷酸序列、所述DNA启动子序列和所述终止子序列可操作地连接以允许所述核苷酸序列的转录。8.如权利要求7所述的表达载体，其中所述启动子序列选自组成型植物启动子和组织特异性启动子。9.一种多克隆抗体，其包含针对SEQ ID NO: I的核苷酸序列编码的氨基酸序列的多克隆抗体。10.一种植物，其包含用选自以下的至少一种第一核苷酸序列转化的植物 a)核苷酸序列SEQID NO: I ； b)与SEQID NO: I具有至少85%序列相同性的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用； c)编码SEQID NO: 2的氨基酸序列的核苷酸序列；以及， d)编码与SEQID NO: 2的氨基酸序列具有至少85%序列相同性的氨基酸序列的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用。11.如权利要求10所述的植物,其中所述植物选自玉米(corn)(玉米(maize));高粱；小麦；向日葵；番茄；十字花科植物；胡椒；马铃薯；棉花；水稻；大豆；甜菜；甘蔗；烟草；大麦；和油菜；芸苔属(Brassica sp.);苜猜；黑麦；小米；红花；花生；甘薯；木薯；咖啡；椰子 ’菠萝;可可；茶；香蕉；鳄梨；无花果；番石榴；芒果；橄榄；番木瓜；腰果；澳洲坚果；杏仁；燕麦；蔬菜；草；蔬菜，包括但不限于洋葱、番茄、莴苣、青豆、利马豆、豌豆，以及Curcumis属成员如黄瓜、甜瓜和香瓜；观赏植物，包括但不限于杜鹃花、绣球花属植物、芙蓉属植物、玫瑰、郁金香、水仙花、矮牵牛、康乃馨、一品红和菊花；pulp tree ;油棕；以及针叶树。12.权利要求11的植物的组成部分。13.权利要求11的植物产生的植物种子。14.用权利要求6的载体转化的植物种子。15.一种宿主细胞，其包含用选自以下的至少一种第一核苷酸序列转化的宿主细胞 a)核苷酸序列SEQID NO: I ； b)与SEQID NO: I具有至少85%序列相同性的核苷酸序列，其中所述核苷酸序列调节植物中的氮利用； c...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·麦克拉伦，N·杜克，P·哈默，B·范德贝格，L·斯豪滕，
申请(专利权)人：爱荷华谷类推广协会，
类型：发明
国别省市：