大豆GmNAC039或GmNAC018在调控植物根瘤固氮和/或调控产量中的应用制造技术

本发明专利技术属于基因编辑技术领域，具体涉及大豆GmNAC039或GmNAC018调控转录单元在调控植物根瘤固氮和/或调控产量中的应用；所述GmNAC039编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述GmNAC018编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。本发明专利技术所述GmNAC039(Glyma.06G157400)和GmNAC018(Glyma.04G208300)为同源基因，本发明专利技术所述GmNAC039和GmNAC018能够调控植物根瘤衰老。GmNAC039和GmNAC018能够调控植物根瘤衰老。GmNAC039和GmNAC018能够调控植物根瘤衰老。

【技术实现步骤摘要】
大豆GmNAC039或GmNAC018在调控植物根瘤固氮和/或调控产量中的应用


[0001]本专利技术属于基因编辑
，具体涉及大豆GmNAC039或GmNAC018在 调控植物根瘤固氮和/或调控产量中的应用。

技术介绍

[0002]豆科植物与根瘤菌互作形成根瘤进行共生固氮，宿主植物为根瘤菌提供碳 源，而根瘤菌为植物提供生长所需的氮素。豆科植物需要严格控制根瘤的数目、 发育及衰老来调控共生固氮效率，最终实现宿主植物利益最大化。大豆是人类 植物蛋白和植物油的主要来源，在我国粮食结构中占有重要地位，但我国大豆 产量不足以满足人们的需求。因此，有待于提高大豆的产量来满足人们日增增 长的需求。大豆根瘤共生为植物全生育期提供大部分氮素，为解决大豆后期氮 需求增加与固氮效率降低之间的矛盾，可以适当延缓根瘤衰老、延长根瘤固氮 时间来提高大豆生育期总固氮量和保障生殖生长时期氮素充足供应，有效缓解 氮肥引起的环境问题，实现农业生态可持续发展。
[0003]豆科植物根瘤衰老是一个高度受控的过程，发育和环境因素都能导致根瘤 衰老，如干旱和高硝酸盐水平。在根瘤衰老过程中，类菌体裂解，在侵染细胞 的细胞质内形成大量囊泡，随后侵染细胞衰老。在豆科模式植物苜蓿中， MtNAC920直接激活衰老相关基因半胱氨酸蛋白酶MtCP2转录，促进根瘤衰老 (de Zelicourt et al.,2012)。苜蓿NAC潜在的靶基因MtCP6和MtVPE的基因 沉默能够延缓根瘤衰老，延长根瘤生长和固氮时间(Perez Guerra et al.,2010； Pierre et al.,2016)。同样，在豆科植物根瘤早衰突变体中存在大量NAC转录因 子的上调表达(Wang et al.,2016；Wang et al.,2019)。目前尚未有关于GmNAC039 或GmNAC018在调控植物根瘤衰老的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供大豆GmNAC039或GmNAC018转录调控单元在调控 植物根瘤固氮和/或调控产量中的应用。本专利技术所述GmNAC039和GmNAC018 能够调控植物根瘤衰老。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了大豆GmNAC039或GmNAC018在调控植物根瘤固氮和/或调 控产量中的应用，所述调控植物根瘤固氮包括以下1)～5)方面的一种或几种：
[0007]1)调控植物根瘤衰老；
[0008]2)调控植物根瘤发育；
[0009]3)调控植物根瘤数目；
[0010]4)调控植物根瘤中固氮酶活性；
[0011]5)调控植物根瘤固氮效率；
[0012]所述GmNAC039编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述 GmNAC018编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0013]优选的，所述调控植物根瘤衰老包括通过负调控GmNAC039或GmNAC018 的表达来延缓植物根瘤衰老。
[0014]优选的，所述调控植物根瘤发育包括通过正调控GmNAC039或GmNAC018 的表达来促进植物根瘤发育。
[0015]优选的，所述调控植物根瘤数目包括通过正调控GmNAC039或GmNAC018 的表达来增加植物根瘤数目。
[0016]优选的，所述调控产量包括通过负调控GmNAC039或GmNAC018的表达来 提高产量。
[0017]优选的，所述调控植物根瘤中固氮酶活性包括通过负调控GmNAC039或 GmNAC018的表达来增强植物根瘤中固氮酶活性。
[0018]优选的，所述调控植物根瘤固氮效率包括通过负调控GmNAC039或 GmNAC018的表达来提高植物根瘤固氮效率。
[0019]本专利技术还提供了大豆GmNAC039或GmNAC018在高产植物分子育种中的应 用，所述GmNAC039编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述 GmNAC018编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0020]优选的，所述植物包括豆科植物。
[0021]优选的，所述豆科植物包括大豆、苜蓿和百脉根中的一种或几种。
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术提供了大豆GmNAC039或GmNAC018在调控植物根瘤固氮和/或调 控产量中的应用，所述调控植物根瘤固氮包括以下1)～5)方面的一种或几种： 1)调控植物根瘤衰老；2)调控植物根瘤发育；3)调控植物根瘤数目；4)调 控植物根瘤中固氮酶活性；5)调控植物根瘤固氮效率；所述GmNAC039编码的 蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述GmNAC018编码的蛋白的氨基酸 序列如SEQ ID NO.2所示。本专利技术所述GmNAC039(Glyma.06G157400)和GmNAC018(Glyma.04G208300)为同源基因，其在衰老的根瘤中上调表达，预 示该基因在根瘤衰老过程中的功能。本专利技术所述基因的应用国内外均未报道过。
[0024]而且，本专利技术通过在大豆根瘤中超表达，与对照相比，超表达该基因的植 株根瘤固氮酶活性性明显降低且根瘤早衰，说明该基因调控了根瘤衰老过程； 运用CRISPR
‑
Cas9技术，通过大豆毛根转化方法敲除GmNAC039和GmNAC018 基因后，根瘤固氮酶活性显著高于对照组，根瘤延迟衰老，根瘤有效固氮时间 延长，在豆科作物上具有应用前景。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0026]图1为GmNAC039和GmNAC018蛋白序列比对图；
[0027]图2为荧光定量PCR检测GmNAC039和GmNAC018的表达图，其中，A为LbA 的表达水平，B为LbC1的表达水平，C为GmNAC039的表达水平，D为GmNAC018 的表达水平；
[0028]图3为GmNAC039超表达植株生长状况图，其中A为植株表型，B为对照根 瘤，C为GmNAC039超表达根瘤；
[0029]图4为GmNAC018超表达植株生长状况图，其中A为植株表型，B为对照根瘤， C为GmNAC018超表达根瘤；
[0030]图5为GmNAC039和GmNAC018超表达植株根瘤石蜡切片图，其中，A为 GmNAC039超表达根瘤，B为GmNAC018超表达根瘤；
[0031]图6为GmNAC039和GmNAC018 CRISPR敲除植株基因编辑情况；
[0032]其中，图3、图4和图5中，Control为转入空载体植株，NAC039
‑
OE和 NAC018
‑
OE为超表达植株；图6中Control为转入空载体植株，CRISPR
‑
NAC 为敲除植株；
[0033]*表示在Control和超表达植株直接的差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大豆GmNAC039或GmNAC018在调控植物根瘤固氮和/或调控产量中的应用，所述调控植物根瘤固氮包括以下1)～5)方面的一种或几种：1)调控植物根瘤衰老；2)调控植物根瘤发育；3)调控植物根瘤数目；4)调控植物根瘤中固氮酶活性；5)调控植物根瘤固氮效率；所述GmNAC039编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述GmNAC018编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述调控植物根瘤衰老包括通过负调控GmNAC039或GmNAC018的表达来延缓植物根瘤衰老。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述调控植物根瘤发育包括通过正调控GmNAC039或GmNAC018的表达来促进植物根瘤发育。4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述调控植物根瘤数目包括通过正调控GmNAC039或GmNAC018的表达来增加植物根瘤数目。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹扬荣，肖爱芳，朱辉，余海翔，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：