[发明专利]调控玉米氮吸收利用和干旱胁迫基因OS1及应用

说明书

技术领域：

本发明属于植物分子生物学和植物遗传工程学领域。本专利涉及的基因参与了玉米氮素感应、吸收等生物学途径，同时调节玉米的抗旱性，通过对该基因的深入研究能够提高玉米和其它农作物氮素吸收效率和抗旱性能。 

背景技术：

氮是植物生长发育过程中重要的营养元素，氮占植物总干物质重量的1.5-2％，氮元素是植物不同组织大分子物质的重要组成元件，如蛋白质、核酸、叶绿体等，因此，植物必须从土壤中吸收足够的氮营养来满足自身的生长发育(Marschner，1995)。植物吸收氮的形式包括有机氮(oganic nitrogen)和无机氮(inoganic nitrogen)两种类型，其中豆科(legume)作物可以通过固氮菌(Rhizobium)利用多种形式的氮(Vance，1992；Burris，1993；Schauser，1999)。硝态氮(nitrate)和铵态氮(ammonium)等无机氮源是植物吸收和利用主要形式(Hageman，et al.，1988；Lawlor，et al.，1989)，对农作物的生长发育包括叶绿体形成、根的生长以及作物的产量形成有着至关重要的作用(lam，1996；Lawler，et al.，2001)。植物缺氮的情况下会表现为光合能力和光合效率减低，结果造成植物生长受阻以及作物产量下降，这主要归因于叶绿体、二磷酸核酮糖羧化酶(ribulose bisphosphate carboxylase)等光合元件受阻(Delgado，et al.，1994)。在农业生产当中，为了保证农作物的产量，氮肥的用量不断加大(Frink，et al.，1999)，但是利用效率并没有得到提高，造成50-70％氮肥不能够被农作物吸收(Peoples，et al.，1995)，这在一等程度上造成资源的白白浪费，同时给环境带来了一定的压力，并引起严重的环境氮源污染(zhu，2000；Good，et al.，2004)，在农作物玉米中已经证实通过提高植物的耐低氮特性并减少氮肥的使用量来保持或增加作物产量(Tollenaar，1999)，近年来，通过对早期的玉米杂交种和当前的杂交种的产量研究证明，与早期的玉米杂交种相比(Castleberry et al.，1984；McCullough et al.，1994)，新培育出的杂交种在低氮环境条件下能够更好的生长(Duvick，1984，1997；Ding et al.，2005)。因此，随着植物基因组学研究的不断深入，寻找并克隆氮吸收调控相关基因，开展植物氮元素吸收和转运过程的调节机制、信号传导途径等研究是提高氮营养高效的很好途径。 

氮在植物的生长发育过程中不但是重要的营养来源，同时还是重要的信号物质，该物质调节植物生长发育过程中的叶形态发育、主根和侧根结构、开花期和茎分支生成等重要生理过程(Crawford，et al.，2002)，同时还调节氮和碳代谢过程相关基因的表达 (Crawford，1995；Stitt，1999)。植物生长的土壤环境往往会受到雨水冲蚀、微生物消耗等原因使得氮素含量水平浮动很大，因此，植物必须通过多种自身调节机制来适应这种氮素水平变化(Good，et al.，2004)。当环境中的氮水平降低到一定程度的时候，植物就会通过某种机制来调控自身的生长来适应氮素的胁迫(Meiet al.，1984；Khamis et al.，1990)，如：延缓生长(Bongue-Bartelsman et al.，1995；Ono et al.，1996)、降低光合效率(Geiger et al.，1998)、自身成熟组织的氮素重新利用(Chalker-Scott，1999)、积累大量花青素等(Ding et al.，2005；Diaz et al.，2006)。