[发明专利]水稻氮利用基因OsNLP4及其编码蛋白的应用

说明书

本发明涉及一种氮高效利用基因OsNLP4及其编码蛋白的应用。所述氮高效利用基因编码SEQ ID NO.2所示的多肽。本发明通过过量表达OsNLP4基因，使水稻的氮营养利用效率显著提高，增加水稻产量，减少过度使用的氮肥引起的环境污染，并且通过T‑DNA插入突变体和CRISPR技术在OsNLP4目的基因突变体中证实了该基因的功能。本发明的氮高效利用基因将在培育氮肥高效吸收和利用植物(特别是水稻、玉米、小麦、大豆、棉花、油菜等农作物)中发挥重要的作用，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，特别涉及水稻中提高氮利用效率的基因及其编码蛋白在农业中的应用。植物体拥有一系列的氮素转运基因以实现从土壤中吸收氮素营养和在植物体内对氮素营养的重新分配，来满足植株在生长、发育和繁殖过程中对氮素营养的需要。本发明涉及的OsNLP4基因在水稻高效利用氮肥与提高产量方面具有重要的应用价值。

背景技术

水稻(Oryza sativa)是世界上最重要的粮食作物之一，约为30亿人口提供35％-60％的饮食热量。在我国，目前的水稻平均氮肥施用量180kg/hm²，比世界平均水稻氮肥施用量高出75％，中国水稻生产所消耗的氮肥占世界水稻氮肥总消耗量的37％左右，而且虽然氮肥用量增加，但粮食并没有同步增产。随着氮肥的过量施用，造成严重环境污染的同时，水稻氮素利用效率却随着氮肥用量的增长明显下降，因此培育氮高效利用的水稻新品种，为水稻栽培中氮肥的合理利用提供必要依据，降低过量施用氮肥带来的环境污染，具有潜在的农业生产价值。

氮是控制植物生长和高产极其重要的一种大量营养元素。它是构成生物基础结构的关键组分，对于植物的生长和发育是必需的。氮营养的缺乏不仅可导致植物生长缓慢，产量下降，还可以使粮食作物籽粒蛋白质含量下降，从而降低其品质。植物在长期进化过程中形成了一套有效的氮吸收和代谢的系统，对这套系统的生理过程及其分子遗传机制的研究，可以为培育高效利用氮肥的作物品种提供理论基础。大多数植物虽能通过铵转运体吸收NH₄⁺，但在一般田间条件下,NO₃^-是植物吸收的主要形式。NO₃^-进入细胞后,就被硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(NIR)还原成铵。铵通过谷氨酸合成循环转变为可以被植物直接利用的有机态氮。

转录因子可能是最有效的改良作物氮利用效率的候选基因，因为转录因子可以同时协调大量基因的表达，避免或者削弱植物内平衡机制的影响。在拟南芥中发现了一类NLP(NIN-like protein)转录因子，其中NLP7被发现在氮的早期信号和代谢中具有极其重要的作用。虽然在提高植物氮利用效率方面前人做了大量的研究，但是真正应用到水稻等作物上，发现能够有效提高作物氮利用效率的转录因子却很少。由此可见，本领域对于提高水稻等农作物的氮利用率存在迫切的需求。

发明内容

本发明人在研究中发现OsNLP4基因能够促进植物的氮吸收利用，尤其是提高水稻的氮利用效率。在此基础上，本发明人完成了本发明。

本发明的一个目的是鉴定一种能提高水稻氮利用效率的基因及其编码蛋白。本发明的另一个目的是确定该鉴定的水稻氮利用基因在培育具有提高的氮利用率的植物方面的应用，以及提供一种利用该鉴定的水稻氮利用基因培育具有提高的氮利用率的植物的方法。

因此，在第一方面，本发明鉴定了一种氮利用的基因OsNLP4，其编码SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列。

在一个优选的方面，所述氮利用的基因OsNLP4的核苷酸序列可以选自：

1)SEQ ID NO.1所示的DNA序列；或

2)在高严谨条件下可与SEQ ID NO.1所示的DNA序列杂交的核苷酸序列。

在第二方面，本发明提供氮利用基因OsNLP4编码的蛋白，所述OsNLP4蛋白是如下(a)或(b)或(c)的蛋白：