TOR基因在提高作物抗旱性和氮利用效率中的应用制造技术

本发明专利技术公开了TOR基因在提高作物抗旱性和氮利用效率中的应用，属于生物技术领域。所述应用包括：利用过表达技术手段使得TOR基因编码蛋白在作物中过量表达，进而获得具有抗旱性及对氮利用效率增强的作物植株，所述TOR基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示或与SEQ ID NO.1所示序列具有至少70％同源性且编码的蛋白在功能上等价。本发明专利技术提供了一种可调控作物对氮利用的基因TOR，利用转基因获得TOR基因功能增强型植株，TOR基因过表达植株在正常生长及干旱条件下的生物量、产量和氮利用效率均显著提高，为作物新品种育种提供候选基因，在农业开发方面具有潜在的应用价值。农业开发方面具有潜在的应用价值。农业开发方面具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
TOR基因在提高作物抗旱性和氮利用效率中的应用


[0001]本专利技术涉及生物
，具体涉及TOR基因在提高作物抗旱性和氮利用效率中的应用。

技术介绍

[0002]水稻是我国主要粮食作物之一，水稻生产消耗大量水资源，随着全球气候的变化，雨水的短缺及不均匀分布严重影响着水稻的稳产。氮素是植物需求量最大的营养元素，也是作物增产最重要的促进因子之一，但是近几年，随着大量氮肥的施用导致了土壤酸化及水体富营养化等问题。同时，不断增长的人口对粮食产量又提出了更严峻的挑战。因此，提高作物氮利用效率及干旱条件下氮肥的利用效率是实现作物稳产及农业可持续发展的重要措施。
[0003]一直以来科学家们寻找提高作物氮利用效率的基因，如水稻中编码硝酸盐转运蛋白的基因NRT1.1B，铵盐转运蛋白AMT1，氮同化相关基因NAR2等，这些基因的超量表达可以提高作物的产量，表现出在农业生产中较高的应用价值。研究表明干旱会降低植物对氮的利用效率(Robredo,A.et al.Elevated CO
2 reduces the drought effect on nitrogen metabolism in barley plants during drought and subsequent recovery.Environ Exp Bot 71,399
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408(2011))，但如何提高干旱条件下氮的利用效率，至今没有相关报道。
[0004]雷帕霉素靶激酶(TOR)是真核生物中保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，酵母和动物中大量研究发现TOR激酶可以感受细胞内营养物质的状态和激素信号，能整合营养、能量、生长因子及环境信号，协调细胞增殖、生长和代谢等过程，是真核生物生长发育的核心调控因子。植物相关领域的研究表明植物TOR激酶也参与植物营养和激素信号的感受过程，并调控植物从胚胎形成到衰老死亡的各个生长发育阶段和参与调控植物非生物胁迫及生物胁迫的适应过程，如在水稻中超量表达拟南芥TOR基因，可以提高水稻对水分的利用效率，表明TOR基因可能在作物遗传育种中发挥重要作用(Bakshi,A.et al.Ectopic expression of Arabidopsis Target of Rapamycin(AtTOR)improves water
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use efficiency and yield potential in rice.Sci Rep 7,42835(2017))。
[0005]相对于模式动物中对TOR蛋白激酶的广泛研究，对水稻中TOR基因的功能了解非常少，尤其是TOR是否能够提高作物的抗旱性和氮利用效率以及TOR是否参与干旱条件下氮的利用效率调控，至今没有系统研究。因此深入研究TOR基因在水稻的生长发育、抗旱性和氮利用效率方面具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种可调控作物在干旱条件下对氮利用的基因，通过基因改造来提高作物在干旱胁迫条件下对氮的利用效率，实现稳产、增产的目的。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术在NCBI基因组数据库中使用序列比对分析，以拟南芥TOR基因序列寻找该
基因在水稻中的同源基因，找到水稻基因组中存在一个同源基因，命名为OsTOR，该基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。进而利用转基因超量表达技术，对水稻OsTOR基因超量表达，研究发现，OsTOR超量表达水稻株系，表现出在自然生长条件下提高产量和生物量，在干旱条件下也表现出较高的产量和生物量，分别对水稻种子和秸秆中氮含量分析发现，在水稻中超量表达OsTOR基因提高了水稻在正常生长及干旱条件下的氮利用效率，表明对OsTOR基因的超量表达在改良水稻在干旱条件下的产量和氮利用效率方面具有一定应用价值。
[0009]本专利技术对TOR蛋白作同源性分析，表明TOR蛋白激酶在植物中具有较高的同源性。因此，本专利技术提供了TOR基因在提高作物氮利用效率中的应用，所述应用包括：利用过表达技术手段使得TOR基因编码蛋白在作物中过量表达，进而获得对氮利用效率增强的作物植株。通过提高作物的氮利用效率，促进其生长发育。
[0010]所述TOR基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示或与SEQ ID NO.1所示序列具有至少70％同源性且编码的蛋白在功能上等价。
[0011]进一步的，所述作物包括但不限于：水稻、玉米、小麦、棉花、油菜、大豆。
[0012]进一步的，TOR基因过表达后植株在自然生长条件下或干旱胁迫条件下对氮的利用效率提高。
[0013]具体的，所述应用包括：将TOR基因片段插入过表达载体中构建重组表达载体，再利用遗传转化方法将TOR基因片段转化到作物受体材料中，培育获得TOR基因功能增强型植株。
[0014]进一步的，本专利技术提供了TOR基因在提高作物抗旱性中的应用，所述应用包括：利用过表达技术手段使得TOR基因编码蛋白在作物中过量表达，进而获得干旱胁迫条件下生物量和产量提高的作物植株。转基因植株在干旱胁迫条件下通过提高氮利用效率，进而促进作物生物量和产量提高。
[0015]进一步的，所述作物为水稻。水稻自然生长条件是指土壤水分含量大于40％；干旱胁迫条件是指土壤水分含量低于20％。
[0016]本专利技术的另一个目的是提供一种提高水稻抗旱性和氮利用效率的育种方法，所述方法包括：将核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示的水稻OsTOR基因片段插入过表达载体中，构建重组表达载体；再利用转化方法使得目标片段转化到受体水稻中，培育获得抗旱及在干旱胁迫条件下氮利用效率提高的转基因植株。
[0017]所述水稻OsTOR基因编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
[0018]优选的，所述育种方法包括以下步骤：
[0019](1)将核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示的水稻OsTOR基因片段插入pCAMBIA1300表达载体中，构建重组表达载体；
[0020](2)利用农杆菌介导技术将水稻OsTOR基因片段导入受体水稻材料中，培育，筛选获得OsTOR基因功能增强型水稻转基因植株。
[0021]优选的，所述受体水稻为粳稻品种kitaake。
[0022]本专利技术具备的有益效果：
[0023]本专利技术提供了一种可调控作物对氮利用的基因TOR，利用转基因获得TOR基因功能增强型植株，利用TOR基因过表达植株在正常生长及干旱条件下的生物量、产量和氮利用效
率均显著提高，为作物新品种育种提供候选基因，在农业开发方面具有潜在的应用价值。
附图说明
[0024]图1为水稻OsTOR蛋白与其它作物中TOR蛋白序列同源性分析。
[0025]图2为OsTOR基因超量表达载体示意图。
[0026]图3为OsTOR转基因水稻构建结果，其中A为载体示意图，B为表达量检测结果示意图，C为OsTOR基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.TOR基因在提高作物氮利用效率中的应用，其特征在于，所述应用包括：利用过表达技术手段使得TOR基因编码蛋白在作物中过量表达，进而获得对氮利用效率增强的作物植株，所述TOR基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示或与SEQ ID NO.1所示序列具有至少70％同源性且编码的蛋白在功能上等价。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述作物为水稻、玉米、小麦、棉花、油菜或大豆。3.如权利要求1或2所述的应用，其特征在于，TOR基因过表达后植株在自然生长条件下或干旱胁迫条件下对氮的利用效率提高。4.TOR基因在提高作物抗旱性中的应用，其特征在于，所述应用包括：利用过表达技术手段使得TOR基因编码蛋白在作物中过量表达，进而获得干旱胁迫条件下生物量和产量提高的作物植株，所述TOR基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示或与SEQ ID NO.1所示序列具有至少70％同源性且编码的蛋白在功能上等价。5.如权利要求4所述的应...

【专利技术属性】
技术研发人员：都浩，陈文臻，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：