本发明专利技术公开了一种来源于玉米的硝态氮调控基因ZmNRG2.7及其用途。该基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO.2。该基因的表达受硝态氮的强烈诱导，利用该基因转入后的拟南芥与受体拟南芥相比，其响应硝态氮的能力增强、体内硝态氮积累量、硝态氮还原酶活性、氨基酸含量和全氮含量显著升高，能够明显提高植物的氮素利用率。
A Nitrate Nitrogen Regulating Gene ZmNRG2.7 from Maize and Its Application
【技术实现步骤摘要】
一种来源于玉米的硝态氮调控基因ZmNRG2.7及其用途
本专利技术涉及植物基因工程
，具体涉及一种来源于玉米的硝态氮调控基因ZmNRG2.7及其在提高硝态氮同化利用方面的用途。
技术介绍
氮素是玉米生长发育中需求量最大的矿质元素之一，是构成其生命物质的主要成分，在玉米的生长发育中具有多种多样的功能。在玉米的生长发育过程中易存在感氮不足的现象，因此玉米也被称为“氮指示植物”，玉米缺氮时会表现出植株细弱，叶色发黄，发育延迟，产量下降等现象(于雷etal.,2011)。氮素是玉米光合效率最有效的调控因子之一，可以影响到光合叶面积的大小、光合持续时间的长短和叶片的衰老等方面。氮素是叶绿素、ATP、RuBP羧化酶、PEP羧化酶等的组成物质，并且能够使光合产物被作物利用(Evans,1983)。研究表明，玉米叶片的含氮量会影响自身的光合效率，在一定范围内增加氮肥的施用量可以提高玉米的光合效率，从而提高玉米的产量；而过量施用氮肥会使玉米的光合速率下降，对其生长发育造成负面影响(于雷etal.,2011)。此外，在弱光胁迫时增加氮肥的施用量可以提高玉米叶片中硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)的活性，增加干物质的积累量和最终产量(田锴,2008)。氮素能够提高玉米体内活性氧的清除能力，提高抗氧化代谢水平，增强抗逆能力。玉米体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等保护酶的活性，明显受到氮素水平的影响(吴巍&赵军,2010)。研究表明，在玉米苗期施用适量的氮肥，能够有效地提高细胞中保护酶的活性，减少细胞中对生物体有害的活性氧的产生及积累，提高活性氧的清除能力，从而能够延缓叶片的衰老和光合功能的衰退，提高玉米的籽粒产量(于雷etal.,2011)。氮素还会影响玉米对水分的利用，从而间接影响玉米的器官建成。氮素能够与土壤中的水分互作并合理搭配，调节植物营养生长与生殖生长之间的关系，提高产量。另外，氮肥用量影响玉米生物量、氮含量及水分利用效率，对玉米良好冠盖度的形成具有促进作用，可以减少玉米的蒸腾作用，从而提高玉米对水分的利用率，增强玉米的抗旱性(刘秀珍etal.,1994；李琪,2007)。氮素可以影响玉米中内源激素的水平。研究表明，玉米中局部NO3-对侧根生长的影响依赖于生长素地上部向地下部的转运；施用NO3-减少玉米中生长素从地上部向地下部的转运，减少了根中生长素的浓度，从而使侧根生长维持在一个正常的水平(Liuetal.,2010)。一氧化氮(NO)作为信号分子可以调节植物的生长发育进程，是脱落酸(ABA)诱导气孔关闭的重要因素，在NO3-响应的初级阶段NR可以产生并维持NO的稳定；玉米中内源NO含量的下降导致了高浓度NO3-抑制玉米根尖细胞的伸长(Zhaoetal.,2007；Manolietal.,2014)。另外，增施氮肥可以通过促进玉米叶片中玉米素核苷(ZR)、二氢玉米素腺苷(DHZR)和异戊烯基腺苷(iPA)的积累，抑制ABA在叶片中的积累，从而抑制玉米叶片的衰老(李文娟,2012)。大多数陆生作物如玉米、小麦等都是以吸收硝态氮为主。植物主要通过NRT1和NRT2两个硝态氮转运蛋白家族从外界吸收硝态氮并在体内对硝态氮进行转运分配。近年来的研究发现CLC和SLAC两个蛋白家族在硝态氮的转运和存储中也发挥重要的作用(Krappetal.,2010,JExpBot65,789-798)。吸收进入植物体内的硝态氮在硝态氮还原酶(NR)、亚硝态氮还原酶(NiR)的作用下被还原为铵，而铵经由GS-GOGAT途径被还原为有机氮，直接被植物利用维持植物正常的生长发育。硝态氮不仅是植物生长发育所需的营养物质，同时也是重要的信号分子，调控植物体内基因的表达及各个生物进程。硝态氮信号可以被分成两种类型：短期效应和长期效应。短期效应是指植物对硝态氮的初级响应，植物经硝态氮处理后，一些基因的表达会在短期内发生改变如NIA1、NiR、NRT1.1、NRT2.1等。长期效应是指硝态氮处理较长时间后，对植物生长发育产生的影响，包括种子萌发、根的形态建成、植物开花、气孔运动等。目前已鉴定出多个调控硝态氮信号的基因，如硝态氮感应子NRT1.1、转录因子NLP7、TGA1/4、TCP20、可变剪切因子CPSF30、FIP1、蛋白激酶CIPK8、CIPK23等。在农业生产中，为了维持作物的高产，大量的氮肥施用到土壤中，但是作物对氮肥的利用效率是有限的。因此，大量的氮素会流失到环境中，造成土壤酸性化、水体富营养化、空气污染等一系列环境问题，影响人类的生存与发展。提高作物的氮素利用效率是解决这些问题的关键。作为世界上四大粮食作物之一，玉米需氮量很高，但目前为止玉米中关于NO3-调控基因的研究尚未见报道。因此，研究植物对氮素吸收机理对提高玉米对氮素的利用率、农业的持续发展有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术研究发现，过表达ZmNRG2.7能促进植物对硝态氮信号的初级响应且能提高植物对硝态氮的同化利用效率，由此提出了本专利技术。本专利技术的第一方面，提供一种来源于玉米的硝态氮调控基因，命名为ZmNRG2.7，具有SEQIDNO.1所示的核苷酸序列。进一步的，本专利技术还提供用于扩增上述ZmNRG2.7的引物对，其核苷酸序列分别如SEQIDNO.3和SEQIDNO.4所示。含有上述ZmNRG2.7基因的植物表达载体和/或重组菌也是本专利技术的保护范围。本专利技术的第二方面，提供ZmNRG2.7基因编码的蛋白，其氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。本专利技术的第三方面，提供上述ZmNRG2.7基因、ZmNRG2.7基因编码的蛋白、植物表达载体或重组菌在如下a)-f)至少一项中的用途：a)增强植物体内硝态氮还原酶的活性；b)增加植物体内氨基酸的含量；c)增加植物体内全氮的含量；d)提高植物体内响应硝态氮的基因的表达水平；e)促进植物对硝态氮信号的初级响应；f)提高植物对硝态氮的同化利用效率。优选的，上述d)中，所述植物体内响应硝态氮的基因包括：基因NIA1、NIR和NRT2.1。本专利技术的第四方面，提供一种提高植物对氮素利用率的方法，包括：将ZmNRG2.7基因或者含有上述ZmNRG2.7基因的植物表达载体和/或重组菌导入目标植物或植物组织，并使ZmNRG2.7基因过表达。本专利技术的第五方面，提供上述ZmNRG2.7、植物表达载体或重组菌在植物育种中的用途。所述植物育种为培育高氮效作物品种。本专利技术的第六方面，提供一种高氮效作物品种的培育方法，所述培育方法包括：将ZmNRG2.7基因转入出发植株中，获得高氮效作物；或者上调出发植株基因组中ZmNRG2.7基因的表达，筛选得到氮利用率提高的植株。优选的，将ZmNRG2.7基因转入出发植株中的方法包括：聚乙二醇法、农杆菌介导法或基因枪轰击法。本专利技术的第七方面，提供如下任一物质在提高植物主根长度和侧根数目中的应用：(1)SEQIDNO.2所示的蛋白；(2)SEQIDNO.2所示蛋白的编码基因；(3)含有(2)所述编码基因的植物表达载体、转基因细胞系或重组菌。本专利技术的第八方面，提供如下任一物质在提高植株鲜重和干重中的应用：(1)SEQIDNO.2所示的蛋白；(2)SEQIDNO.2所示蛋白本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种来源于玉米的硝态氮调控基因，命名为ZmNRG2.7，具有SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列。
【技术特征摘要】
1.一种来源于玉米的硝态氮调控基因，命名为ZmNRG2.7，具有SEQIDNO.1所示的核苷酸序列。2.权利要求1所述的ZmNRG2.7基因编码的蛋白，其氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。3.含有权利要求1所述的ZmNRG2.7基因的植物表达载体和/或重组菌。4.权利要求1所述的ZmNRG2.7基因、权利要求2所述的蛋白或权利要求3所述的植物表达载体和/或重组菌在如下a)-f)至少一项中的用途：a)增强植物体内硝态氮还原酶的活性；b)增加植物体内氨基酸的含量；c)增加植物体内全氮的含量；d)提高植物体内响应硝态氮的基因的表达水平；e)促进植物对硝态氮信号的初级响应；f)提高植物对硝态氮的同化利用效率。5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，上述d)中，所述植物体内响应硝态氮的基因包括：基因NIA1、NIR和NRT2.1。6.一种提高植物对氮素利用率的方法，其特征在于，包括：将权利要求1所述的ZmNRG2.7基因或者权利要求3...
【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，齐盛东，朱明月，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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