[发明专利]水稻氮代谢调控蛋白ARE4及其编码基因的应用

说明书

本发明公开了水稻氮代谢调控蛋白ARE4及其编码基因的应用。本发明通过图位克隆的技术方法，鉴定到一个调控氮代谢的基因ARE4，并通过转基因实验验证了该基因的功能。将本发明保护的基因在水稻中过表达后，水稻株高升高，生物量增加，产量增加；而功能缺失或降低后，水稻株高降低，生物量减少，产量降低，说明该基因可以调控水稻的生物量及产量。因此，本发明对于培育高产水稻新品种具有重要意义和应用价值。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及水稻氮代谢调控蛋白ARE4及其编码基因的应用。

背景技术

植物的生长发育需要多种营养元素，其中氮素(N)尤为重要，一般植物的含氮量约占其干重的0.3％-5％，大多数非豆科作物生产1千克的干物质需要根系吸收约20-50 克的氮，因此在农业生产中，土壤中氮的含量往往是限制作物产量的关键因素。在过去的五十多年间，由于作物育种的发展以及大量化学氮肥的使用，全球粮食产量得到了大幅度的提高，但同时伴随着能源消耗、农业生产成本增加和环境污染等问题。因此，提高作物氮利用效率(NUE)是实现农业可持续发展的有效途径之一，在开展农作物应用基础和应用研究方面，越来越多的科学家致力于能够改善和提高NUE的新基因克隆、功能解析和优良等位变异发掘。

氮利用效率是指单位氮元素供应下植物的生物量或者籽粒产量，主要包括两个生理指标，氮吸收效率(nitrogen uptake efficiency,NUpE)和氮同化效率(nitrogenutilization efficiency,NUtE)。氮吸收效率主要衡量植物根系从根围土壤获取氮素的能力。植物根系从土壤中吸收无机态氮源的主要形式是硝酸盐(NO₃^-)和铵盐(NH₄⁺)，由于生长环境的不同，植物对硝酸盐和铵盐的吸收具有偏好性。例如，生长在典型缺氧环境水田的水稻偏好吸收铵盐。植物根系吸收土壤中硝酸盐和铵盐主要依赖位于根系细胞膜上的硝酸根转运蛋白(nitrate transporter,NRT)及铵根转运蛋白(ammonium transporter,AMT)完成。NRTs根据其对NO₃^-的亲和性可分为高亲和性和低亲和性两类，当植物处于高浓度氮源的生长条件下，低亲和性NRTs(NRT1家族蛋白)起主要作用，而当植物生长于低浓度氮含量的条件下，高亲和性NRTs(NRT2.1,NRT2.2,NRT2.4)起主要作用。NO₃^-被植物根系吸收后，一部分直接进入同化作用或储存在液泡中，另一部分则依靠蒸腾作用被转运至地上部分同化为有机氮，拟南芥中低亲和性硝酸根转运蛋白 AtNRT1.5、AtNRT1.8、AtNRT1.9在NO₃^-的转运过程中发挥作用。在拟南芥中，至少存在6个铵根转运蛋白AMTs，在NH₄⁺吸收转运过程中多以同源或异源多聚体的形式发挥功能，其中AtAMT1.1、AtAMT1.3、AtAMT1.5的表达受低氮条件诱导。