[發明專利]尿素轉運蛋白及其編碼基因與應用

無效

• 申請號: 201210031671.5
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102532292A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 袁力行;顧日良;陳曉琳;張福鎖
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;A01H5/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種尿素轉運蛋白及其編碼基因與應用。

背景技術

氮素是植物必須的礦質營養元素之一，是合成蛋白質、核酸和許多生物活性物質的必需組分。氮肥在農業生產中的大量使用極大地提高了作物產量，當前全球每年施用大約8-9千萬噸氮肥。作為當今世界上最廣泛使用的氮肥類型，在過去十年間(1999年到2009年)，尿肥(尿素)的產量呈現顯著的上升趨勢(http://www.fertilizer.org/ifa/statistics/)。在中國，目前尿素使用量至少占氮肥使用量的50％以上，而且生產總量每年也在不斷增加。因此，尿肥在我國乃至世界氮肥使用中占據了非常重要的地位。

尿素是一種酰胺態氮肥，含氮量達46％，由于是非酸根類氮肥，因此不會使土壤板結和酸化，是一種較為理想的氮肥。但是由于土壤中普遍存在著大量的脲酶，能夠快速將尿素水解成CO₂和NH₃，因此傳統觀點認為植物根系主要通過吸收尿素降解產物銨的方式來利用土壤中的尿素。但對葉片施用尿素后發現葉中高水平積累尿素，說明尿素可以直接被植物吸收利用。進一步利用¹⁴C同位素標記尿素的方法直接證明植物不僅可以吸收尿素，而且在植物中存在著高親和力和低親和力兩種尿素吸收系統。

高親和力轉運系統(high-affinity?transport?system，HATS)一般在底物濃度較低(微摩爾級)時發揮作用，具有飽和動力學特征。最早發現的尿素高親和力轉運蛋白是酵母中的ScDUR3。Elberry等人(1993)把酵母cDNA文庫轉入尿素轉運缺陷性酵母菌株(YVNW1)(該菌在供給＜5mM尿素作為唯一氮源時不能生長)，在含2mM尿素的培養基上篩選得到了具尿素轉運功能的ScDUR3基因。通過生物信息學分析，發現ScDUR3的同源基因在各種動植物中廣泛存在，并且大多物種有且僅有一個同源基因。

低親和力轉運系統(low-affinity?transport?system，LATS)主要在底物濃度(毫摩爾級)較高時發揮作用，不具有飽和動力學特征。研究表明，某些水通道蛋白(AQP，Aquaporins)可能負責尿素的低親和力轉運。Aquaporin蛋白可以分為四個亞族，分別是TIPs(tonoplast?intrinsic?proteins)，NIP(Nod26-like?intrinsic?protein)，PIPs(Plasma?membrane?intrinsic?proteins)和SIPs(Small?and?basic?intrinsic?proteins)。研究表明，水通道除了參與水分子的跨膜運輸之外，還介導了中性分子，包括尿素的跨膜運輸。

尿素可以作為氮肥被植物吸收，但在細胞質中如果尿素濃度過高則會產生毒害，因此植物細胞需要將過多的尿素運入液泡貯存，而在細胞質中尿素濃度低時又可以將尿素從液泡中運出來參與氮素代謝。

玉米是重要的飼料、經濟及生物能源作物，其在國際范圍內的需求量與日俱增。在我國玉米生產中，氮肥的施用量高、利用率低是普遍存在的現象。由于氮肥的大量施用，隨之也帶來了環境問題。種植氮高效，特別是尿素高效吸收利用的玉米品種，是解決氮肥利用率低，降低生產成本，減小環境污染的有效途徑，也是農業可持續發展和增強產品國際競爭力的基本要求。傳統選育新品種是個非常長期的過程，現如今基因工程，特別是玉米轉基因技術的成熟，使得我們有可能通過基因工程的手段快速獲得尿素高效吸收利用品種，但是能否快速有效地獲得轉基因尿素高效新品種在很大程度上取決于是否具有良好的尿素轉運基因。

目前對DUR3和水通道參與尿素轉運過程的詳細研究僅限于模式植物擬南芥中，對世界上最重要的糧食作物之一的玉米來說，尿素轉運研究還是一片空白，沒有相關的玉米尿素轉運蛋白被克隆，更沒有相關的文章和專利報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種尿素轉運蛋白及其編碼基因與應用。

本發明提供的蛋白質，名稱為ZmTIP4-4蛋白，來源于玉米屬玉米(Zea?maysL.)，具體來源為玉米自交系B73，是如下(a)或(b)或(c)：

(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質；

(b)將序列表中序列1的氨基酸殘基序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與尿素轉運相關的由(a)衍生的蛋白質；

(c)將序列表中序列1的氨基酸殘基序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與尿素利用(吸收)相關的由(a)衍生的蛋白質。