[發明專利]一種氮高效融合基因SA及其應用

在審

• 申請號: 201810553441.2
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108823214A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 王寧寧;劉生;王丹;夏銅梅;靳潔莉
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;C12N15/66;A01H5/00;A01H6/54
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

一種氮高效融合基因SA及其應用。本發明利用“源”器官特異性啟動子和細胞自噬關鍵基因通過人工拼接的方法構建了一個融合基因，命名為SA，其序列如SEQ ID NO.1所示?？衫肧A融合基因構建植物雙元表達載體并轉化目標植物。本發明提供了在大豆中的實施例，證明將SA融合基因轉入大豆后，可以特異性提高轉基因大豆“源”器官中由細胞自噬介導的營養物質再動員效率，轉基因大豆對低氮和低營養脅迫的耐受性顯著增強；同時在低氮條件下種植的轉基因大豆產量顯著提高。另外，該融合基因也可以轉入其它作物，以獲得高效利用氮素的轉基因新品種，這對于農業上減少化肥施用，降低生產成本，以及環境保護都具有重要意義。

【技術領域】：

本發明屬于植物基因工程領域，具體地說是將一種“源”器官特異性啟動子和細胞自噬關鍵基因通過人工拼接的方法構建融合基因SA及其在轉基因植物中的應用。該融合基因的轉基因植株具有氮素利用效率提高并且產量提高的性狀。

【背景技術】：

隨著世界人口的不斷增加，人們對糧食的需求量也不斷增長，但可耕種土地面積有限，因此，提高農作物產量是避免爆發糧食危機的重要途徑。通常提高作物產量所采用的手段主要是增加化肥的施用，這不僅會增加生產成本，還會對環境造成污染。因此，選育出能夠高效利用土壤中有限營養而高產的作物新品種對解決糧食危機具有重大意義。

氮素是植物營養三要素之一。農作物生長過程中需要從土壤中吸收大量氮素，氮素的供應直接控制著農作物的品質和產量。植物對氮素的利用通過吸收、同化、轉運和再動員等幾個步驟來完成(Masclaux-Daubresse等，2010)。受根系吸收能力下降等因素的制約，施用氮肥并不能完全滿足作物灌漿期的高氮需求。糧食產量的提高不僅僅依賴于氮肥的吸收，還依賴于種子成熟階段氮素的再利用(Kichey等，2007)。提高氮素的再利用效率可以保證植物重新利用營養器官中的氮用于灌漿，有助于植物氮經濟及減少開花后的外源氮需求。營養的回收再利用效率是作物產量的決定因素之一。

作為植物最重要的營養器官，葉片既是主要的光合器官，也是衰老啟動后營養物質再動員的主要“源器官”。葉片衰老過程中，主要胞器結構及胞內大分子降解，營養物質源源不斷地外運以支持新生器官的生長和發育，而種子是再動員最主要的“庫”，作物種子中高達95％的蛋白質合成依賴于衰老葉片中蛋白質降解形成的氨基酸向種子的轉運(Taylor等，2010)。氮素由“源”向“庫”的有效動員和運輸對于作物產量性狀形成和實現“低肥高產”具有重要意義(Sinclair等，2003；Sinclair等，2004；Ainsworth等，2012)。

植物細胞自噬是葉片衰老過程中營養物質再動員和早期轉運的主要形式，而且自噬是目前已知最高效的亞細胞降解途徑(Mizushima等，2008)。在這一途徑中，廢棄的或者受損的蛋白和細胞器被隔離進自噬體中，然后被運送到液泡中降解，從而實現對細胞內有害物質的清除和營養元素的回收，在細胞水平及整株植物水平實現氮素的合理利用和有效分配。最新研究表明，自噬在氮素充分與氮素不足條件下都是植物體進行氮素再動員的主要形式。利用¹⁵N同位素標記指示的氮素再動員數據測定顯示，自噬對氮素再動員中的貢獻大約為50％(Guiboileau等，2012)。

分離鑒定或創制在“源”器官中特異性高表達的細胞自噬關鍵基因，通過提高農作物“源”器官中氮素等營養物質的再動員效率以提高作物的氮素利用效率和產量的應用策略在高產、高效的作物分子育種中具有重要的應用前景，然而，目前尚無相關的研究報道。

【發明內容】：

本發明的目的是解決農作物在種植過程中氮素利用效率低，氮肥過度施用等問題，提供一種可提高農作物“源”器官中的氮素再動員效率、用于氮高效高產農作物培育的氮高效融合基因及其應用。