[发明专利]一种具有天冬酰胺合成酶功能的基因、其编码蛋白及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有天冬酰胺合成酶功能的基因、其编码蛋白及其应用。

背景技术

氮元素是构成蛋白质的主要成分，包括NO3－、NH4＋以及它们的一些同化产物，用于合成生物体所需的氨基酸和核苷酸及多种不同的含氮化合物,对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，是与产量最密切的营养元素。氮元素也是植物需求量最大的矿物质元素，而土壤中可利用的氮源比较少，自然就会成为农作物产量最主要的限制因素之一。由于外源的氮对农作物产量的提高是非常有效的，因而，在集中型农业系统中，阶段性的施加无机氮肥成为提高农作物产量的重要途径。许多农作物品种之所以被耕种者选择，一部分原因就是它们对施用的氮肥有更高的利用性。然而，无机氮肥的应用会造成一系列环境问题，尤其是淡水，进而江河和海水的富营养。正因为如此，如今需要降低氮肥的使用量，并寻找氮利用率更高的植物基因型。更高的氮利用率可以保证在产量不下降的前提下，减少氮肥的使用量。

对于生物体的生长和发育而言，氮素的同化是个十分重要的生理过程，无机氮必须同化为谷氨酰胺和天冬酰胺等有机氮才能被生物体所吸收和利用。天冬酰胺合成酶(asparagine synthetase ,ASN)是氮同化的路径上重要的运输氮化合物，它以谷氨酰胺和天冬氨酸为反应底物，产生天冬酰胺和谷氨酸，而外界的无机氮元素也通过这个途径进入生物体内的整个氮素循环。因此天冬酰胺合成酶生物体氮同化过程中起到了十分重要的作用。

盐藻(Dunaliella viridis)属团藻目、多毛藻科、杜氏藻属，是耐盐性最强的真核单细胞藻类。不仅可在高盐海水和盐湖等生长，也能经受外界环境中盐浓度0.5-5.5 mol/L剧烈变化。在外界高盐的环境下，盐藻可利用环境中低浓度的毫摩尔的NO₃^－-N和NH₄⁺-N。研究盐藻的氮利用途径，有利于搞清楚高盐环境下植物氮利用途径及调控机制。因此，盐藻天冬酰胺合成酶基因DvASN的克隆及功能鉴定对于改善逆境下农作物的性状有重要的意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供了一个具有天冬酰胺合成酶功能的基因，该基因是从盐藻中分离的一个DNA分子，称之为DvASN。

本发明的目的之二在于提供该基因的编码蛋白。

本发明的目的之三在于提供该在提高植株的氮利用率中的应用。

本发明的目的之四在于提供了该基因在改良农作物性状中的应用。

为达以上目的，本发明通过下述方案实现：

一种具有天冬酰胺合成酶功能的基因，其特征在于，该基因具有下列核苷酸序列之一：

1)      具有SEQ ID NO 1 所示的碱基序列；

2)      与序列表中序列1所限定的核酸序列具有95%以上的同源性，且编码相同生物学功能蛋白质的DNA序列。

一种上述的具有天冬酰胺合成酶功能的基因的编码蛋白，其特征在于该蛋白具有下列氨基酸序列之一：

1)      具有SEQ ID NO 2 所示的氨基酸序列；

2)      通过将SEQ ID NO 2的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加而产生的衍生蛋白质的氨基酸序列，该衍生蛋白质与SEQ ID NO 2的蛋白具有相同的生物学功能。

一种重组载体，其特征在于该重组载体含有上述的基因。

一种宿主细胞，其特征在于该宿主细胞含有上述的重组载体。

上述的具有天冬酰胺合成酶功能的基因在低氮环境下提高生物氮利用效率基因工程方面的应用。

上述的具有天冬酰胺合成酶功能的基因在改良农作物性状中的应用。

上述的编码蛋白在低氮环境下提高生物氮利用效率基因工程方面的应用。

上述的编码蛋白在改良农作物性状中的应用。

一种克隆上述的基因的方法，该方法的具体步骤为：利用SMART^TM cDNA construction kit构建了3个盐藻cDNA文库，通过对该3个文库中cDNA的序列的测序，获得对应的EST文库；再通过序列比对，分离到了一个谷氨酰胺合成酶基因，命名为DvASN；挑选cDNA文库相应克隆进行测序，获得了含有该基因完整ORF的cDNA序列。

本发明的基因DvASN具有合成天冬酰胺合成酶功能，能恢复酿酒酵母突变体合成天冬酰胺的能力，同时也预示了它在农作物氮高效利用方面的应用价值。

附图说明