[发明专利]与铵盐吸收相关的蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域中的一种蛋白质及其编码基因与应用，特别涉及与铵盐吸收相关的蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

氮素是植物必须的矿质营养元素之一，是合成蛋白质、核酸和许多生物活性物质的必需组分。氮素缺乏通常导致植物生长迟缓，成熟叶片失绿并伴随着花青素的积累(Diaz et al.，2006，Plant Cell Physiology 47：74-83)。氮肥在农业生产中的大量使用极大地提高了作物产量。当前全球每年施用大约8～9千万吨氮肥，经预测到2050年可增加至2.4亿吨(Tilman et al.，1999，Proc Natl Acad Sci USA96：5995-6000)。能源费用的提高导致了氮肥价格的不断上涨，从而增加了农业生产成本，同时氮肥的流失也在逐步恶化生态环境。基于经济效益和环境保护的双重考虑，在现代农业生产中种植氮高效作物品种已日益重要。

玉米是重要的饲料、经济及生物能源作物，其在国际范围内的需求量与日俱增。在我国玉米生产中，氮肥的施用量高、利用率低是普遍存在的现象(Ju et al.，2009，Proc Natl Acad Sci USA，106：3041-3046)。由于氮肥的大量施用，随之也带来了环境问题(张维理等，1995，植物营养与肥料学报1(2)：80-87)。种植氮高效的玉米品种，是解决氮肥利用率低，降低生产成本，减小环境污染的有效途径，也是农业可持续发展和增强产品国际竞争力的基本要求。传统选育新品种是个非常长期的过程，现如今基因工程，特别是玉米转基因技术的成熟，使得我们有可能通过基因工程的手段快速获得氮高效品种，但是能否快速有效地获得转基因氮高效新品种在很大程度上取决于是否具有良好的功能基因。

大量研究表明，在适度低氮供应条件下，玉米氮高效的主要限制因子是氮素吸收能力(Bohme，et al.，2002，Isotopes in Environmental Health Studies 38：95-102)。植物氮素吸收系统主要分为硝酸盐转运蛋白介导的硝酸盐吸收系统和铵转运蛋白介导的铵盐吸收系统，另外还有很少部分可能通过尿素转运蛋白吸收。生理学研究结果表明植物根内存在两种不同的氮素吸收系统：高亲和和低亲和氮素转运系统(Wang et al.，1993，Plant Physiology 103：1259-1267；Kronzucker et al.，1996，Plant Physiology 110：773-779)。当生长介质浓度较低时，根系吸收铵/硝依赖于高亲和系统，具有饱和动力学特征(Km值通常低于100μM)。低亲和系统则在生长介质浓度达到毫摩尔范围才起主要作用。铵盐的浓度在土壤中通常很低(不超过50μM)，所以土壤中铵盐的吸收主要依赖高亲和系统。通过研究模式植物拟南芥得到的一系列证据表明，铵转运蛋白(AMT)介导了根系高亲和力的铵的吸收(Gazzarrini et al.，1999，Plant Cell 11：937-947；Yuan et al.，2007，Plant Cell 19：2636-2652)。所以在生产上克隆和利用铵转运蛋白基因对于提高植物对土壤中铵态氮素的吸收具有非常重要的实用价值。拟南芥中的铵转运蛋白AMT已经被克隆并被美国专利保护(专利号分别：United States Patent 6620610)。最近在小麦中的研究结果发现水通道蛋白家族中的一个分支TIP2也具有高亲和铵吸收的功能，相应的3个成员TaTIP2；1，TaTIP2；2和TaTIP2；3也被美国专利保护(专利号：US20090005296)。在中国，南开大学的王宁宁等人用AtPRP3启动子驱动拟南芥铵转运蛋白AtAMT1；1在拟南芥和番茄中表达来提高转基因植物对氮素的吸收效率(中国专利号：CN1737148)。而在玉米上，仅有通过酵母功能互补系统从玉米根cDNA文库中筛选得到了一个玉米铵转运蛋白ZmAMT1；1，并申请了中国专利(申请号：201010198912.6)，除此之外，没有其它的玉米铵转运蛋白被克隆，也没有其它的玉米铵转运蛋白的文章和专利报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与铵盐吸收相关蛋白，命名为ZmAMT1；3，来源于玉米属的玉米(Zea mays L.)，是如下1)或2)的蛋白：

1)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

2)将序列表中序列1的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与玉米铵盐吸收相关的由1)衍生的蛋白质。