[发明专利]植物中有关硝酸盐水平的转录因子及其使用方法

说明书

优先权声明

本申请要求获得于2012年3月5日提交的“植物中有关硝酸盐水平的转录因子及其使用方法”的美国临时专利申请系列号61/606,852的申请日的利益。

技术领域

本公开涉及氮水平对植物中基因表达的影响。实施方案涉及有助于植物对环境中的含氮分子的应答的基因和由它们编码的调节因子。

背景

氮(N)是植物必需的大量营养素，其可得性是植物生长和作物产量的主要限制因素。硝酸盐(NO₃)是有氧土壤植物无机氮的主要来源。见，例如Crawford和Glass(1998)Trends Plant Sci.3:389-95；Hirsch和Sussman(1999)Trends Biotechnol.17:356-61。通过特异性转运蛋白，例如AtNRT1.1(Tsay et al.(1993)Cell 72:705-13)；AtNRT1.2(Huang et al.(1999)Plant Cell 11:1381-92)；AtNRT2.1(Little et al.(2005)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 102:13693-8)；和AtNRT2.2(Li et al.(2007)Plant Physiol.143:425-33)，利用植物根系吸收硝酸盐。一旦进入根细胞，硝酸盐可分别通过硝酸盐还原酶(NR)和亚硝酸盐还原酶(NIR)的作用而被还原为亚硝酸盐(NO₂-),进而还原成铵盐(NH₄⁺)。Crawford和Glass(1998),同上。然后，通过谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)循环，生成的铵盐被同化为谷氨酸和谷氨酰胺。Stitt(1999)Curr.Opin.Plant Biol.2:178-86。

在拟南芥中，硝酸盐用作营养素，还用作控制基因表达和发育应答的有力信号。Vidal和Gutierrez(2008)Curr.Opin.Plant Biol.11:521-9；Krouk et al.(2010a)Curr.Opin.Plant Biol.13:266-73；Tsay et al.(2011)Annu.Rev.Plant Biol.62:207-26。在拟南芥中，硝酸盐和亚硝酸盐可用作调节全局基因表达的信号。Wang et al.(2007)Plant Physiol.145:1735-45。关于亚硝酸盐的信号效应知之甚少，且特异性功能不与亚硝酸盐-应答基因相关联。然而已经提出，拟南芥根系中的硝酸盐-感测系统能识别亚硝酸盐和硝酸盐，因为这两种信号具有广泛的重叠应答。见上文.

拟南芥中的硝酸盐应答基因有数量繁多且种类多样，包括硝酸盐转运蛋白NR和NIR、转录因子、胁迫应答基因、涉及N/C平衡的碳(C)同化酶、以及其产物参与信号转导途径的基因。Vidal和Gutierrez(2008),同上；Krouk et al.(2010a),同上；Tsay et al.(2010)，同上。转录组学分析已经鉴定出许多拟南芥硝酸盐应答基因。Wang et al.(2003)Plant Physiol.132:556-7；Scheible et al.(2004)Plant Physiol.136:2483-99；Wang et al.(2004)Plant Physiol.136:2512-22；Gutierrez et al.(2007)Genome Biol.8:R7.然而，仅有少数涉及引起硝酸盐应答的调节因子已鉴定。