[發明專利]水稻中兩個WRKY轉錄因子基因及其編碼蛋白的應用

有效

• 申請號: 202010935363.X
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN111926035B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 徐國華;顧冕;張駿
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/29;A01H5/00;A01H5/10;A01H6/46
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 傅婷婷;徐冬濤

本發明公開了水稻中兩個WRKY轉錄因子基因及其編碼蛋白的應用研究表明，OsWRKY21和OsWKRY108基因是在富磷條件下發揮功能，并且其編碼的蛋白可以通過與水稻磷酸鹽轉運蛋白基因OsPHT1；1啟動子結合，調控OsPHT1；1轉錄水平的表達，從而促進水稻磷素的吸收和積累，維持水稻體內的磷穩態。富磷條件下，pht1；1和wrky21 wrky108突變體營養器官和籽粒中的磷素積累降低。因此，我們提出利用OsWKRY21和OsWKRY108培育富磷條件下磷素奢侈吸收減少的水稻品種方法。

技術領域

本發明屬于植物基因工程技術領域，公開了水稻中兩個WRKY轉錄因子基因的應用。

背景技術

磷(Phosphorus,P)是植物生長發育必需的大量營養元素之一。由于磷在土壤中容易被固定和沉淀，其在土壤溶液中的濃度通常只有1-10μM。磷的缺乏常常成為農田及自然生態系統中植物生長的主要限制因子之一(Raghothama,1999)，因此作物的高產優質離不開磷肥的施用。然而，我國磷肥的當季利用效率僅約為10～20％，常年連續施用磷肥使土壤成為潛在的磷庫。據測定，我國農田土壤的有效磷含量從30多年前的平均7.4mg/kg增加到現在的24.7mg/kg，在保障糧食增產的同時造成8500萬噸的肥料磷累積在土壤中，相當于約5年磷肥生產總量。不僅浪費磷資源，而且還存在與其他營養元素不平衡，及因地表徑流、水土流失造成的水體富營養化等生態環境問題。

磷礦是不可再生的資源(Runge-Metzger,1995；Vance et al.,2003；Shen etal.,2011)，因此要充分利用土壤和磷肥資源，契合“化肥減量提效”的國家需求，迫切需要培育在不同供磷環境下均能高效利用磷素的品種，尤其是要面對農田土壤磷富集的現狀，培育能夠減少奢侈吸收和高效轉運分配利用體內磷素的農作物高產優質品種。

植物在漫長的進化過程中形成了一套適應缺磷環境的形態變化及生理生化方面的機制，包括根系構型的改變、酸性磷酸酶及有機酸的分泌、與叢枝菌根真菌形成共生體系等等。所有這些機制都是由一系列復雜而精巧的分子機制進行調控的(Zhang et al.,2014)。近年來，該領域的研究者們針對這些復雜的分子機制做了大量的研究，初步構建了植物磷信號轉導途徑的分子調控網絡。這個網絡中還有很多“節點”即基因有待被發掘和研究，且這些基因之間在不同水平還存在著復雜的調控與被調控的關系，一個基因在表達豐度或時間空間上的變化可能會造成整個網絡的重新調整(ChiouLin,2011)。因此，全面、深入地認知作物響應磷信號的分子調控網絡是培育磷高效作物的一個重要前提(Tian etal.,2012；Wu et al.,2013；Liang et al.,2014)。

在自然和農田生態系統土壤中，磷素有效性的變幅巨大。在自然生態系統中約為0.3-3微摩爾/升(μM)(Bieleski,1973；Wang et al.,2012)，而在集約化施磷肥條件下則可達到30-300μM(Kalkhajeh et al.,2017)。上述轉錄因子大多參與磷缺乏條件下的信號轉導途徑，而迄今為止對磷充足條件下作物中的磷信號途徑仍知之甚少。

另一方面，水稻籽粒(糙米)中總磷含量普遍在2mg/g以上，若在磷供應充足的土壤中生長，部分品種的籽粒總磷含量可接近4mg/g。Pariasca-Tanaka et al.(2015)對在不同施磷水平下收獲的水稻種子進行了分析，發現不同基因型水稻的籽粒總磷含量均與施磷水平呈正相關，并且部分基因型籽粒中的磷含量即便是低至0.9mg/g時仍可滿足其萌發的需要，也不影響早期幼苗生長活力和最終的籽粒產量。此外，水稻吸收的磷中有60％-85％最終將轉移至籽粒，而籽粒中的磷又有65-80％是以植酸形態存在。植酸不能被包括人類在內的單胃動物所消化吸收，而是隨著排泄物釋放到環境中去造成水體富營養化、磷素損失等環境問題(Yamaji et al.,2016)。綜上，降低水稻籽粒中的磷含量對于農業可持續發展和環境保護具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供水稻WRKY轉錄因子基因OsWRKY21和OsWRKY108及其編碼蛋白的工程應用。