[发明专利]一种促进处于低氮条件下植物生长的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种促进植物生长的方法，尤其涉及采用基因工程手段促进处于低氮条件下植物生长的方法，属于植物基因工程领域。

背景技术

氮素是植物生长和发育所必需的大量元素，是植物体内许多重要有机物的主要成分。虽然氮素在生态圈中以多种形式存在，但是植物一般只能利用土壤中现成的有效态氮，包括无机氮(硝态氮和铵态氮)和有机氮(氨基酸)。土壤中这种有效氮含量是很低的，大部分耕地的土壤全氮含量都在0.2％以下，甚至低于0.075％，因此植物的生长发育经常受到氮素供应的严重不足，氮素胁迫已经成为限制植物生长发育的最大因子。虽然大量投入氮肥能暂时缓解这种不足，但是也造成了巨大的负面影响。因此，正如Clark等(2000)指出：人类在通过“施用氮肥改变土壤环境满足植物需要方面取得了巨大成绩”，但这种途径“并不是最实用和最经济的办法”，可以“运用遗传学方法提高植物对土壤环境逆境的适应性”，这样既可以“降低生产成本”，又可以“减少大量施用化肥所造成的环境污染”，而且对“动物和人类的营养有益”。

由于植物氮素养分主要来源于土壤，一般认为土壤全氮含量低于0.2％即属于缺氮，低于0.075％属于严重缺氮。我国土壤全氮含量的基本分布特点是：东北平原较高，黄淮海平原、西北高原、蒙新地区较低，华东、华南、中南、西南地区中等。大体呈现南北较高，中部略低的分布。但南方略高主要指水稻土，旱地含氮量很低。我国农田相对严重缺氮的土壤主要分布在我国的西北和华北地区。如果把土壤全氮含量等于0.075％作为严重缺氮的界限，严重缺氮耕地超过面积一半的有山东、河北、河南、陕西、新疆等五个省区。我国现有耕地20.16亿亩(约1.34亿公顷)，缺氮耕地4.7亿亩，占耕地33.6％，全国30％的省份耕地缺氮。

拟南芥(Arabidopsis thaliana)以其基因组很小、生长周期较短等优点成为研究高等植物的模式系统。随着近年来多项基因组计划的逐步实施和分子生物学的迅猛发展，基因表达芯片技术也得到快速发展，使得拟南芥的生物资源越来越丰富。

AtLNT1属于拟南芥MYB超级家族。MYB超级家族是拟南芥最大的基因家族，共有近200个成员，通常分为3个亚族：R2R3-MYB(具有两个相邻的MYB重复结构)，R1R2R3-MYB(具有三个相邻的MYB重复结构)和MYB类似基因亚族(该亚族成员间没有同源性，但都具有一个MYB重复结构)(Rosinski，J.A.and Atchley，W.R.1998.Molecular evolution of the Myb family of transcription factors：evidence forpolyphyletic origin.J Mol Evol.46：74-83；Jin，H.and Martin，C.1999.Multifunctionality and diversity within the plant MYB-gene family.Plant Mol Biol.41：577-585；Stracke，R.，Werber，M.and Weisshaar，B.2001.The R2R3-MYB gene familyin Arabidopsis thaliana.Curr Opin Plant Biol.4：447-456.)。AtLNT1(GenBankAccession NM_123085)属于MYB相关基因亚族。R2R3-MYB基因亚族参与许多生理和生化过程，包括次生代谢调节(Baudry，A.，Heim，M.A.，Dubreucq，B.，Caboche，M.，Weisshaar，B.and Lepiniec，L.2004.TT2，TT8，and TTG1 synergistically specify theexpression of BANYULS and proanthocyanidin biosynthesis in Arabidopsis thaliana.Plant J.39：366-80)、细胞形态发生调控(Higginson，T.，Li，S.F.and Parish，R.W.2003.AtMYB103 regulates tapetum and trichome development in Arabidopsis thaliana.PlantJ.35：177-192.)、分裂组织形成和花、种子发育的调控(Steiner-Lange，S.，Unte，U.S.，Eckstein，L.，Yang，C.，Wilson，Z.A.，Schmelzer，E.，Dekker，K.and Saedler，H.2003.Disruption of Arabidopsis thaliana MYB26 results in male sterility due to non-dehiscentanthers.Plant J.34：519-528.)、细胞周期控制(Araki，S.，Ito，M.，Soyano，T.，Nishihama，R.and Machida，Y.2004.Mitotic cyclins stimulate the activity of c-Myb-like factors fortransactivation of G2/M phase-specific genes in tobacco.J Biol Chem.279：32979-88)，还参与防卫和逆境胁迫反应(Stockinger，E.J.，Mao，Y.，Regier，M.K.，Triezenberg，S.J.and Thomashow，M.F.2001.Transcriptional adaptor and histone acetyltransferaseproteins in Arabidopsis and their interactions with CBF1，a transcriptional activatorinvolved in cold-regulated gene expression.Nucleic Acids Res.29：1524-1533；Nagaoka，S.and Takano，T.2003.Salt tolerance-related protein STO binds to a Mybtranscription factor homologue and confers salt tolerance in Arabidopsis.J Exp Bot.54：2231-2237；.)，以及光和激素信号传导(Newman，LJ.，Perazza，D.E.，Juda，L.andCampbell，M.M.2004.Involvement of the R2R3-MYB，AtMYB61，in the ectopiclignification and dark-photomorphogenic components of the det3 mutant phenotype.Plant J.37：239-50.)等；R1R2R3-MYB只在细胞周期和分化方面具有保守的功能(Ito，M.，Araki，S.，Matsunaga，S.，Itoh，T.，Nishihama，R.，Machida，Y.，Doonan，J.H.andWatanabe，A.2001.G2/Mphase-specific transcription during the plant cell cycle ismediated by c-Myb-Like transcription factors.Plant Cell 13：1891-1905.)；MYB相关基因亚族的功能一直以来很少受到重视，只有少数CCA1类似基因研究表明与植物生理节律的维持相关(Kuno，N.，Moller，S.G.，Shinomura，T.，Xu，X.M.，Chua，N.-H.andFuruya，M.2003.The novel MYB protein EARLY-PHYTOCHROME-RESPONSIVE1is a component of a slave circadian oscillator in Arabidopsis.Plant Cell，15：2476-2488.)，以及CPC类似基因在细胞形态发生上具有功能(Kirik，V.，Simon，M.，Huelskamp，M.and Schiefelbein，J.2004.The ENHANCER OF TRY AND CPC1 geneacts redundantly with TRIPTYCHON and CAPRICE in trichome and root hair cellpatterning in Arabidopsis.Dev Biol.268：506-13.)。尽管MYB超级家族的功能繁多，但是目前为止尚无具有在低氮逆境发挥功能的报道。