[发明专利]一种NHX2-GCD1双基因或其蛋白的应用

说明书

本发明提供了一种NHX2基因和调控因子GCD1或其蛋白的应用。本发明揭示了当提高NHX2和GCD1基因或其蛋白的表达时，可显著改善农作物的农艺性状，包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)增加干旱下叶片水分利用效率；(iii)增加干旱下有效分蘖数；(iv)增加干旱下经济产量；和/或(v)增加生物量等。此外，将NHX2基因的选自‑1212、‑335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基‑1212A、‑335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C和/或增加其调控因子GCD1基因的表达，可显著提高农作物的波动光下气孔开关速度(τ_cl)和叶片水分利用效率以及干旱下的生物量和产量。

技术领域

本发明涉及农学领域，具体地，涉及一种NHX2-GCD1双基因或其蛋白的应用。

背景技术

水资源短缺正成为制约中国粮食作物(如水稻等)生产持续发展的重要因素，培育抗旱性强的作物品种，不但能够节约水资源，而且有利于实现绿色超级稻的稳产增产。干旱条件下会产生ABA，进而启动一系列信号转导途径。目前对植物抗旱新改良主要关注几个方面：根系特性、气孔大小及反应速度、水力导度和叶肉导度等。

气孔是植物特化的表皮结构，一般位于植物茎叶等器官的表皮，由1对保卫细胞围绕一小孔形成，可同时影响叶片蒸腾和CO2同化，在全球水循环扮演重要的角色，据估计，每年有35×10¹⁵千克的水蒸气是通过叶子的气孔来实现。尤其是植物在外界常常处于光照变化环境，由高光到低光转换过程中，气孔缓慢关闭不利于水分保持，因此通过优化气孔动态来培育节水型水稻可成为水稻抗旱育种的新型有效策略。在自然出现的高光到低光的转换过程中，缓慢的气孔关闭过程不利于水分效率的保持。因此，通过调节气孔动态来培育节水型水稻可成为水稻抗旱育种的新型有效策略。目前，对于气孔动态的调节的相关基因靶点仍不清楚。尽管全基因组关联分析手段已成为过去近10年动植物基因挖掘的重要研究手段之一，然而由于气孔动态测定复杂，仍然缺乏高通量精细化的测定平台和测量手段。另外具有广泛遗传变异的自然群体的选择也是挖掘新型功能基因的重要条件之一。

气孔的保卫细胞通过离子驱动膨胀，来控制气孔的大小。目前对气孔发生的相关基因已有大量研究，包括控制相邻细胞不均等分裂(TMM基因)，气孔密度基因(SDD1)，保卫细胞均等分裂控制基因(FLP和YDA基因)。然而，目前尚缺少对气孔关闭响应速度的相关基因的报道。

本领域中，有应用ABA类似物进行喷施、降低气孔导度、进而起到节约水分蒸腾的作用的方法。然而，长期的气孔关闭不利于气体交换，胞间CO₂浓度不足会限制碳水化合物的累积和光合效率的提高。并且，ABA类似物喷施方法成本高，需要定期处理，另需要化学合成带来潜在的环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的影响气孔控制开关基因的分子模块，其生物学功能对于提高抗旱性水稻经济产量和生物量至关重要。

本发明第一方面，提供一种NHX2、其调控因子GCD1或其上调分子的用途，用于：(a)改良植物的农艺性状，(b)制备改良植物农艺性状的制剂或组合物，或(c)制备农艺性状改良的植物；其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度；其中，所述的NHX2或GCD1包括其同源物。

在一个优选例中，所述组合物包括农用组合物。