[发明专利]水稻钾、铵双功能转运分子及应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，具体地，本发明涉及水稻钾、铵双功能转运分 子及应用。

背景技术

N、P、K是作物生长的必要的大量元素，营养的吸收和利用是限制产量的主要 因素，提高作物营养的有效利用一直是育种追求的目标，在当前富营养化土壤污染 日益加剧的条件下，增加作物营养的自身利用效率，造就绿色生态农业，也是值得 关注的另一个方面。土壤中的钾、氮是植物钾营养的主要来源，且土壤中的钾、氮 易淋溶流失，过多地淋溶流失，会造成土壤含营养量有限，使有效营养成分利用越 来越困难，另一个方面过多施用也会造成水体的富营养化和水环境的严重破坏。钾、 氮是植物细胞内最重要的元素，也是影响作物产量的三大营养要素之一。钾是维持 细胞内、外电化学势的主要溶质，影响着植物细胞的水势、渗透势和膨压，参与细 胞的运动、生长、伸长；帮助光合电子传递，提高植物对其他营养元素的吸收和利 用；钾也是酶的辅助因子，使细胞质保持着适宜的pH值，直接或间接地影响着50 多种酶的活性；钾的另一重要生理作用是增强细胞对环境条件的调节作用，从而增 强植物对各种不良逆境的耐受能力，如：干旱、低温、含盐量、病虫危害、倒伏等； 氮是细胞的结构组分，也是蛋白质的重要组成成分，其重要性不言而喻。

钾以离子的形式存在，不是细胞的结构组分，可从一个部位转移到另一个部位 在植物体内重复利用；氮大部分也是以离子的形式(NH₄⁺、NO₃^-等)被吸收，与其 易流动、再分配的特点相适应，植物体内存在一大类与钾、氮转运有关的蛋白分子， 从离子的亲和性、选择性及驱动的能量来源分为不同类型。大量的研究表明，营养 的有效利用(包括钾、铵的吸收、运输、分泌等)，都是由不同类型的离子转运体 的功能决定，无论是吸收、分配、再循环还是体内的有效储存，其效应都是由转运 体的表达和活性调节得以实现。因此，分离、鉴别水稻钾、铵转运体分子，是从分 子水平改善水稻氮、钾营养利用不可逾越的环节，也是转基因操作改善其品质的基 础。

植物中已鉴定出三个由α-亚基形成的钾选择通道家族，分别为：Shaker-type、 TPK和Kir-Like，参与钾吸收、再分配和区域化，维持和产生膜的极性，也发现了 以AMT1为代表的铵转运体家族。

水稻是一年生禾本科植物，世界上近一半人口以稻米为食。水稻缺钾症状表现 为：老叶叶尖及前端叶缘褐变或焦枯，同时出现褐色斑点；植株伸长受抑制而萎缩； 叶色加深，呈暗绿色且无光泽；根系细弱，多褐根，老化早衰；抽穗不整齐，秕谷 率增加，正常受精的谷粒也不饱满，产量和品质下降，氮缺乏会带来更严重的病理 症状。除了合理施肥，提高田间管理措施等防治措施外，从水稻本身的钾、氮营养 分子基础研究入手，增加作物吸收营养和体内循环利用的效率，无疑可以为应对作 物营养缺陷的挑战，提供值得期待的技术和优质基因资源。

从水稻基因组的数据分析，水稻存在已知的所有类型的植物钾离子转运体，至 少有11个编码Shaker家族的钾通道的基因，分布在不同的染色体上，其中一号染色 体有3个，2号有2个，4号有2个，5、6、7、9号各有1个。水稻的Shaker钾通 道目前只有两个结果：OsKAT1能增加水稻胞内钾的含量，抵御盐的胁迫(Obaa et al.， 2007)；OsAKT1是电压依赖的内向整流钾离子通道，但是对盐胁迫敏感(Fuchs et al.， 2005)。水稻铵离子转运体的研究更是滞后于钾转运家族的研究，最近的研究表明钾、 铵的转运既可互相影响、也可协同运输；增加外界钾的含量，可抑制铵的内流，铵、 钾可能部分共享同一条通路，因此有必要从水稻中克隆能够提高钾、铵利用效率的 相关基因并验证其功能，从而筛选出可以利用的基因资源，并进一步通过转基因等 技术应用于农作物来提高其对钾、铵的有效利用能力。

发明内容

本发明的发明人为了解决上述问题提出并完成了本发明。

本发明的目的是提供一种水稻钾、铵双功能转运分子。

本发明的再一目的是提供上述水稻钾、铵双功能转运分子的应用。

根据本发明的水稻钾、铵双功能转运分子，其氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。

根据本发明的水稻钾、铵双功能转运分子基因编码上述转运分子，其序列如SEQ ID No.1所示。