[發(fā)明專利]水稻硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B在提高植物氮利用效率中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410495440.9
• 申請(qǐng)日: 2014-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN104277101B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 儲(chǔ)成才;胡斌;王威;張志華;李華;梁成真;車榮會(huì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C07K14/415
• 分類號(hào): C07K14/415;C12N15/29;C12N15/84;A01H5/00;A01H1/02
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 關(guān)暢,陳曉慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水稻硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B在提高植物氮利用效率中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

在各種營(yíng)養(yǎng)元素中，氮在植物生命活動(dòng)過程中占據(jù)首要地位。氮是植物體內(nèi)許多重要化合物，如核酸(DNA、RNA)、蛋白質(zhì)(包括酶)、磷脂、葉綠素、光敏素、維生素(B1、B2、B6等)、植物激素(IAA、CTK)、生物堿等組成成分，所以氮素在維持和調(diào)節(jié)植物生理功能上具有多方面的作用。但在自然的土壤環(huán)境中，可以被植物直接吸收利用的氮源含量較低，所以氮是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要限制因素。為促進(jìn)作物增產(chǎn)，氮肥在農(nóng)業(yè)中被大量使用。上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)氮肥用量急劇增加，在占世界7％的耕地上消耗了全球35％的氮肥。中國(guó)糧食年產(chǎn)量從1981年(3.25億噸)至2008年(5.29億噸)增長(zhǎng)了63％，而氮肥消費(fèi)量卻增長(zhǎng)了近2倍。氮肥的大量使用不但增加了生產(chǎn)成本，而且還導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。在施加的氮肥中，只有不到30％可以被作物所吸收，而大部分殘留的氮肥會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤酸化以及水體富營(yíng)養(yǎng)化。而我們國(guó)家的土壤酸化以及水體富營(yíng)養(yǎng)化的面積正呈現(xiàn)逐年增大的趨勢(shì)。此外，氮肥的生產(chǎn)會(huì)消耗大量能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn)1噸氮肥需要消耗2800千克的優(yōu)質(zhì)煤及1600度電能，由此會(huì)造成大量碳排放，對(duì)大氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。此外，我們國(guó)家還面臨糧食生產(chǎn)的巨大缺口，需要逐年提高糧食產(chǎn)量。因此，氮肥過量使用對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提出戰(zhàn)略性的挑戰(zhàn)。提高作物的氮肥利用效率，減少氮肥在農(nóng)業(yè)中的使用將會(huì)是解決這一系列問題的關(guān)鍵。

水稻作為最重要的糧食作物之一，超過世界三分之一的人口以稻米為主食。水稻根系具有非常發(fā)達(dá)的通氣組織，使其根際微環(huán)境中易發(fā)生硝化作用，因此水稻中大約40％的氮源是以硝酸鹽的形式被吸收。秈稻(indica)與粳稻(japonica)是亞洲栽培稻的兩個(gè)主要的亞群，而且秈稻表現(xiàn)出更強(qiáng)的硝酸鹽利用能力。利用秈稻與粳稻硝酸鹽利用能力的差異，對(duì)相關(guān)的基因位點(diǎn)進(jìn)行分離鑒定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)利用關(guān)鍵基因位點(diǎn)培育氮高效的水稻新品種。氯酸鹽是硝酸鹽的毒性類似物，可以被硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白吸收，進(jìn)而在硝酸還原酶的作用下轉(zhuǎn)化為對(duì)植物具有毒害作用的次氯酸鹽。在擬南芥中，利用氯酸鹽進(jìn)行毒性篩選，已獲得多個(gè)與硝酸鹽利用相關(guān)的突變體，并成功鑒定了相關(guān)的基因。氯酸鹽處理后，植物會(huì)表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)停滯及葉片黃化壞死等毒害表型，因此可以使用氯酸鹽敏感性作為水稻硝酸鹽利用能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)導(dǎo)致秈稻與粳稻氮利用效率差異相關(guān)基因位點(diǎn)進(jìn)行鑒定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種水稻硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B及其編碼基因在提高植物氮利用效率中的應(yīng)用。

上述應(yīng)用中，所述硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。

上述應(yīng)用中，所述硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B的編碼基因序列如SEQ ID No.1第1-1791位核苷酸分子所示。

上述應(yīng)用中，所述氮利用率的提高為硝酸鹽含量或硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)能力的提高。

上述應(yīng)用中，所述植物為單子葉植物或雙子葉植物；所述單子葉植物具體為水稻。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種構(gòu)建轉(zhuǎn)基因植物的方法。

上述所述構(gòu)建轉(zhuǎn)基因植物的方法包括如下步驟：使權(quán)利要求1所述蛋白質(zhì)在受體植物中過表達(dá)，獲得氮利用率提高的轉(zhuǎn)基因植株。

上述方法中，所述使權(quán)利要求1所述蛋白質(zhì)在受體植物中過表達(dá)的方法為：向受體植物中導(dǎo)入SEQ ID No.1所示的硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1B的編碼基因序列，得到轉(zhuǎn)基因植物；轉(zhuǎn)基因植物與受體植物相比，氮利用效率提高。

上述方法中，所述氮利用效率的提高為硝酸鹽含量的提高。

本發(fā)明最后一個(gè)目的是提供一種構(gòu)建近等基因系植物的方法。

上述所述構(gòu)建近等基因系植物的方法包括如下步驟：將供體親本與受體親本進(jìn)行雜交，再與受體親本繼續(xù)多次回交，得到近等基因系植物；近等基因系植物與受體親本和供體親本相比，氮利用率提高。

上述方法中，所述的氮利用率提高體現(xiàn)在如下方面中的至少一種：

(1)硝酸鹽含量；

(2)氯酸鹽敏感性；

(3)植物的株型；

(4)單株的產(chǎn)量；

(5)單株的分蘗數(shù)；

(6)小區(qū)產(chǎn)量；