一种来源于大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2及其用途制造技术

本发明专利技术公开了一种来源于大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2及其用途。该基因的全长cDNA序列如SEQ ID NO.1所示，利用该基因的全长cDNA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、体内硝态氮积累量降低、硝态氮还原酶活性和氨基酸含量显著升高、硝态氮同化相关基因的表达量显著增加；该基因编码的蛋白还能够与下游靶基因启动子上的硝酸顺式作用元件NRE结合并激活其转录，说明HvNLP2在大麦硝态氮信号调控途径中发挥重要作用。

【技术实现步骤摘要】
一种来源于大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2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大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2及其用途。
技术介绍
氮素是植物生长发育所需的大量元素之一，现代农业的高产稳产离不开氮肥的施用。麦类作物是我国的主要粮食作物之一，主要在其出苗期、拔节期和灌浆期等3个生长发育的阶段需要大量的氮，施用适量的氮肥能促进小麦根、茎、叶等生长发育，从而提高光合效率和营养物质的积累；施用氮素还可以促进植株的分蘖和幼穗的分化发育，有利于花、籽粒等生殖器官的生长发育(王公卿etal.,2017)。施用氮肥能够提高植株中氧化酶的活性，增加细胞质膜的稳定性，从而加强小麦叶片细胞膜的保护功能，对小麦生长发育起促进作用(赵若含etal.,2020)。氮素可以在一定程度上改善作物对水分的吸收和利用，提高作物的渗透调节和气孔导度调节能力，提高叶片净光合速率(Pn)。盆栽试验条件下，混施硝态氮和尿素时小麦叶绿素含量较高；而水培试验条件下混施硝态氮和尿素，小麦则是在生长中后期叶绿素含量最高，说明氮素形态会影响作物叶片中的叶绿素含量(曹翠玲and李生秀,2004)。氮素积累和再分配是决定籽粒产量和籽粒品质的重要过程，而施氮量的多少会直接影响作物的发育，施氮量不足时氮素参与的代谢过程受到影响，施氮过量会抑制植物酶活性影响生长发育。合理施用氮肥可以提高作物各生育阶段、特别是生育后期对氮素吸收强度，这是提高作物籽粒产量和蛋白质含量的基础，研究认为0-266.55kg/hm2的施氮量是小麦重要的氮素调节区，在这个区间内随着施氮量增加，籽粒产量、蛋白质含量和产量都会相应增加(王公卿etal.,2017)。开花前的氮积累是籽粒中氮的主要来源，过量施氮会降低麦类作物花前积累的氮素向籽粒转运的效率，从而影响籽粒中的蛋白质含量，导致小麦产量和籽粒品质的下降(张玉春etal.,2018)。大多数陆生作物如玉米、小麦等都是以吸收硝态氮为主。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。植物对硝态氮的吸收和转运主要是通过硝态氮转运蛋白家族(NRT1s、NRT2s、CLCs和SLAC/SLCH)起作用，而硝态氮转运蛋白作用的时空性和强度是受硝态氮调控基因控制的(Krappetal.,2014；Steineretal.,1995)。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，再经由GS-GOGAT途径被还原为氨基酸和各种有机氮被植物利用，以维持植物正常的生长发育。硝态氮也是重要的信号分子，能够参与调控植物体内基因的表达及各个生物进程。硝态氮信号的作用可以分成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，即经硝态氮处理后，植物中一些基因的表达会在短期内发生改变如NRT1.1、NIA1、NiR、NRT2.1等。长期效应是指较长时间的硝态氮处理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、可变剪切因子CPSF30、FIP1、蛋白激酶CIPK8、CIPK23、转录因子NLP7、TGA1/4、TCP20等。其中NLP7是重要的硝态氮调控因子，属于NLP(NIN-likeproteins)转录因子蛋白家族，包括9个成员，它们都含有两个保守的结构域RWP-RK和PB1，其中RWP-RK结构域可以结合到DNA元件上进而调控下游靶基因的表达。研究表明NLP7可通过与硝态氮顺式响应NRE结合调控氮素相关基因的表达，进而影响植物对硝态氮的初级响应和同化利用，调控植物的生长发育(Marchiveetal.,2013)。麦类作物是世界上重要的粮食作物，其功能基因组研究对于全球粮食安全有着极为重要的意义。按总产量来算，小麦、大麦分别是世界第二、第四大禾谷类作物，同属禾本科小麦族(Triticeae)。栽培小麦是六倍体，其基因组大且十分复杂，而大麦是二倍体，其基因组(5.1Gb)远小于六倍体小麦(17Gb)，而且基本染色体组和小麦一样均包含7个染色体，在基因组成和排列上与小麦高度保守，具有比其它作物更高的遗传相似性，所以成为研究麦类作物的模式植物。TILLING(TargetingInducedLocalLesionsInGenomes)是功能基因组学研究中通过反向遗传学方法研究基因功能的有效技术，具有高通量、低成本、不依赖于基因型等特点(McCallumetal.,2000)。该技术借助高通量的检测手段，快速有效地从化学诱变的突变群体中筛选出目的基因的突变体。TILLING技术已广泛应用在拟南芥、水稻等作物的功能基因组学研究，其中在大麦上国际上共建成了三个TILLING群体。在我国，作物学国家重点实验室的付道林实验室最近建立了一套大麦TILLING体系，经鉴定和应用，证明该体系能快速、有效地筛选出目的基因的突变体(胡鑫etal.,2012)。这是国内报道的第一个大麦TILLING群体，为麦类作物功能基因组学研究创造了条件。大麦上关于硝态氮调控方面的分子生物学研究尚十分缺乏，到目前为止仅有对硝态氮转运家族NRT2成员的克隆和鉴定，有关硝态氮调控基因的研究尚未见报道。运用反向遗传学的方法对大麦硝态氮代谢相关基因的研究也没有文献报道。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是对大麦硝态氮代谢相关基因进行研究。本专利技术从大麦基因组中发现了一个新的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2，该转录因子HvNLP2能够与NRE结合并具有转录激活功能，过表达HvNLP2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。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种来源于大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2，所述转录因子HvNLP2的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。本专利技术的第二方面，提供编码转录因子HvNLP2的基因HvNLP2，所述基因HvNLP2为如下a)-c)中任一项所述的DNA片段：a)SEQIDNO.1所示的DNA片段；或b)除a)以外的编码SEQIDNO.2所示氨基酸序列的DNA片段；c)DNA片段，与a)或b)限定的DNA片段具有90％或90％以上同一性，且编码的蛋白在功能上与SEQIDNO.2所示的蛋白等价。本专利技术的第三方面，提供上述转录因子HvNLP2或者编码转录因子HvNLP2的基因HvNLP2在如下(1)-(6)至少一项中的应用：(1)增强植物体内硝态氮还原酶的活性；(2)增加植物体内氨基酸的含量；(3)促进植物体内硝态氮同化相关基因的表达；(4)促进植物对硝态氮信号的初级响应；(5)提高植物对硝态氮的同化利用效率；(6)与下游靶基因启动子上的硝酸顺式作用元件结合并调控其表达。上述应用中，植物体内硝态氮同化相关基因包括：基因NRT2.1、HHO1和HRS1。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种来源于大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2，所述转录因子HvNLP2的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。/n

【技术特征摘要】
1.一种来源于大麦的参与硝态氮调控的转录因子HvNLP2，所述转录因子HvNLP2的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。


2.编码权利要求1所述转录因子HvNLP2的基因HvNLP2，所述基因HvNLP2为如下a)-c)中任一项所述的DNA片段：
a)SEQIDNO.1所示的DNA片段；或
b)除a)以外的编码SEQIDNO.2所示氨基酸序列的DNA片段；
c)DNA片段，与a)或b)限定的DNA片段具有90％或90％以上同一性，且编码的蛋白在功能上与SEQIDNO.2所示的蛋白等价。


3.权利要求1所述的转录因子HvNLP2或者权利要求2所述的编码转录因子HvNLP2的基因HvNLP2在如下(1)-(6)至少一项中的应用：
(1)增强植物体内硝态氮还原酶的活性；
(2)增加植物体内氨基酸的含量；
(3)促进植物体内硝态氮同化相关基因的表达；
(4)促进植物对硝态氮信号的初级响应；
(5)提高植物对硝态氮的同化利用效率；
(6)与下游靶基因启动子上的硝酸顺式作用元件结合并调控其表达。


4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，植物体内硝态氮同化相关基因包括：基因NRT2.1、HHO1和HRS1。


5.含有权利要求2所述的基因HvNLP2的表达载体、细胞系或者宿主菌在提高植物对氮素利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，高阳阳，吕波，田田，齐盛东，权姝璇，聂振田，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37