【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物，特别是涉及玉米zmcnf1基因及其在提高植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量中的应用。
技术介绍
1、玉米作为重要的粮食作物和饲料作物，生产潜力大，经济效益高，具有食用、饲用和多种工业用途，在保障粮食安全方面具有重要战略地位。玉米是一类喜氮作物，日常生产中常有“施足基肥，早施苗肥，重施攻穗肥”的原则。农田施用氮肥会显著提高产量，然而过量施用氮肥也会导致作物利用率下降、引发环境污染问题。提高玉米类作物的氮素利用效率，挖掘氮高效优异基因，培育氮高效新品种，实现绿色可持续增产，是当下玉米遗传育种的核心挑战。
2、植物生长过程中需要吸收大量元素及微量元素供自身生长发育。氮是植物需求量最大的矿质元素，也是限制植物生长的关键因子。氮是植物体合成蛋白质的重要成分，蛋白质中的平均含氮量可达16-18％。同时也是遗传物质核酸、生物催化剂酶、叶绿素和细胞骨架磷脂的组分元素，在植物生命活动中具有重要作用。大部分植物通过根系对氮元素进行吸收利用，农业生产上普遍通过增施氮肥提升产量。植物缺氮时，植株的蛋白质合成能力降低，细胞分裂和伸长受到抑制，叶绿素合成降低，具体表现为植株矮小细弱、叶色发黄、生长周期延缓以及结实率低。氮量过多时，大量的碳水化合物会用于合成蛋白质和叶绿素等物质，使细胞壁中的纤维素、果胶质大量减少，导致植物细胞大而壁薄，易遭病虫侵害，同时造成茎部机械组织不发达，易倒伏。因此，研究作物对于氮素的吸收利用具有重要的科学意义和生产意义。
技术实现思路
1、本专利技术
2、本专利技术研究发现玉米zmcnf1基因在植物中过量表达，能显著提升植株生物量、蛋白含量及氮素利用效率。植株高度明显提升，生物量增大。对其进行氮含量测定，全株平均总蛋白含量提升11.97％。
3、基于此，本专利技术提供了如下方案：
4、本专利技术提供一种具有提高植株氮含量以及生物量功能的蛋白质，所述蛋白质为(a1)、(a2)和(a3)中的任一项：
5、(a1)zmcnf1蛋白，其氨基酸序列如seq id no.1所示；
6、(a2)将所述zmcnf1蛋白的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失和/或添加，得到的与所述zmcnf1蛋白具有90％以上的同一性且与植物高蛋白相关的蛋白；
7、(a3)在(a1)或(a2)的n末端或/和c末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。
8、本专利技术还提供一种上述的蛋白质的编码基因。
9、进一步地，所述编码基因的核苷酸序列如seq id no.1所示。
10、本专利技术还提供一种基因表达盒，包括上述的编码基因。
11、本专利技术还提供一种重组表达载体，包括上述的基因表达盒。
12、本专利技术还提供一种重组宿主细胞，包括上述的重组表达载体。
13、本专利技术还提供上述的编码基因、基因表达盒、重组表达载体或重组宿主细胞在以下(b1)-(b4)任一项中的应用：
14、(b1)提高植物的蛋白含量；
15、(b2)提高植物的生物量；
16、(b3)提高植物氮素利用效率；
17、(b4)培育高蛋白植物品种。
18、进一步地，所述植物为玉米。
19、所述玉米具体可为郑单958、先玉335、京科968、登海605、德美亚1号、德美亚3、和育187、苏玉29、京农科728、中单808、正大808等品种。
20、本专利技术还提供一种提高植物植株氮含量的方法，包括将上述的编码基因导入植物中，构建得到过表达所述编码基因的转基因植物的步骤。
21、本专利技术还提供一种提高植物生物量的方法，包括将上述的编码基因导入植物中，构建得到过表达所述编码基因的转基因植物的步骤。
22、所述“将上述的编码基因导入植物中”是通过向受体植物中导入含有所述编码基因的重组表达载体实现的。
23、可用现有的植物表达载体构建含有所述编码基因的重组表达载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3′端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mrna加工或基因表达的dna片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mrna前体的3′端，如农杆菌冠瘿瘤诱导(ti)质粒基因(如胭脂碱合成酶基因nos)、植物基因(如大豆贮存蛋白基因)3′端转录的非翻译区均具有类似功能。
24、使用上述的编码基因构建重组表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子(如花椰菜花叶病毒(camv)35s启动子、玉米的泛素启动子(ubiquitin))，或组织特异表达启动子(如种子特异表达的启动子)，它们可单独使用或与其它植物启动子结合使用。此外，使用该编码基因构建重组表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述增强子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。
25、为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(gus基因、萤光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除莠剂基因)等。
26、在本专利技术中，所述重组表达载体具体可为将ubi-cflag载体的speⅰ和bamhⅰ酶切位点间的片段替换为seq id no.1所示的dna分子得到的重组表达载体。
27、在上述方法中，将携带上述的编码基因的重组表达载体导入所述受体植物，具体可为：通过使用ti质粒、ri质粒、植物病毒载体、直接dna转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化植物细胞或组织，并将转化的植物组织培育成植株。
28、转化的细胞、组织或植物理解为不仅包含转化过程的最终产物，也包含其转基因子代。
29、本专利技术公开了以下技术效果：
30、本专利技术挖掘到了一个既能调控植物生物量和氮素利用效率，又可以提升植株蛋白含量的关键基因——zmcnf1。通过转基因的方法对其功能进行深入分析和鉴定，进一步明确了zmcnf1基因在提升玉米植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量中的作用。本专利技术对氮素高效利用优异品种的培育具有重要意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种具有提高植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量功能的蛋白质，其特征在于，所述蛋白质为(A1)、(A2)和(A3)中的任一项：
2.一种如权利要求1所述的蛋白质的编码基因。
3.根据权利要求2所述的编码基因，其特征在于，所述编码基因的核苷酸序列如SEQ IDNO.1所示。
4.一种基因表达盒，其特征在于，包括权利要求2或3所述的编码基因。
5.一种重组表达载体，其特征在于，包括权利要求4所述的基因表达盒。
6.一种重组宿主细胞，其特征在于，包括权利要求5所述的重组表达载体。
7.一种如权利要求2或3所述的编码基因、权利要求4所述的基因表达盒、权利要求5所述的重组表达载体或权利要求6所述的重组宿主细胞在以下(B1)-(B4)任一项中的应用：
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述植物为玉米。
9.一种提高植物植株氮含量的方法，其特征在于，包括将权利要求2或3所述的编码基因导入植物中，构建得到过表达所述编码基因的转基因植物的步骤。
10.一种提高植物生物量的方法，
...【技术特征摘要】
1.一种具有提高植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量功能的蛋白质，其特征在于，所述蛋白质为(a1)、(a2)和(a3)中的任一项：
2.一种如权利要求1所述的蛋白质的编码基因。
3.根据权利要求2所述的编码基因，其特征在于，所述编码基因的核苷酸序列如seq idno.1所示。
4.一种基因表达盒，其特征在于，包括权利要求2或3所述的编码基因。
5.一种重组表达载体，其特征在于，包括权利要求4所述的基因表达盒。
6.一种重组宿主细胞，其特征在于，包括权利要求5所述的重组表达载体。
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永财，陈迪，高卢卢，李书君，巫永睿，王海海，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：
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