[发明专利]改造禾谷类作物识别结瘤因子并增加根瘤菌定殖数目的方法

说明书

本发明涉及改造禾谷类作物识别结瘤因子(Nod factors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。本发明人首次鉴定获得一个新的水稻Myc factors受体，即MYR1基因；在此基础上，本发明揭示了一种改造禾谷类作物使之识别结瘤因子(Nod factors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。

技术领域

本发明属于生物技术和植物学领域；更具体地，本发明涉及改造禾谷类作物识别结瘤因子(Nod factors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。

背景技术

根瘤共生(Root Nodule Symbiosis，RNS)是豆科植物与根瘤菌之间形成的另一种互利互惠的共生形式。根瘤菌可以侵入植物皮层，刺激皮层细胞分裂形成膨大器官根瘤。在根瘤的厌氧微环境中，根瘤菌可以利用固氮酶将空气中的N₂还原成NH₄⁺被植物所利用，从而减少植物对氮肥的依赖。

氮是植物生长所必需的大量元素，也是农业生产的限制因素。目前世界上超过一半的食物是通过施用化肥(尤其是氮肥)获得的，而作物40～60％(热带土壤甚至高达90％)的产量也都归因于氮肥的使用，过度使用氮肥不仅提高了生产成本，同时对环境也造成了沉重的负担。每年约有40％未被植物利用氮肥直接脱氨形成N₂回归大气之中，造成了严重的能源和资源浪费；其次，氮肥代谢产生的N₂O是一种重要的“温室效应”气体，其GWP(100-year Average Global-Warming Potential)是CO₂的296倍。再者，随着灌溉和雨水流入江河湖海的氮肥也会造成水体富营养化等危害。因此，在农业生产上引入根瘤共生系统对减少氮肥使用和农业可持续发展都有重要意义。

世界上最重要的三大粮食作物(禾谷类作物)水稻、小麦和玉米都不能与根瘤菌共生，但是，禾谷类作物拥有common symbiosis signal pathway(CSSP)的事实为改造禾谷类作物进行根瘤共生提供了可能。目前，禾谷类作物改造主要集中在以下3个方面：1)Nodfactors受体；2)根瘤特异转录因子(如ERN、NIN等)；3)固氮酶和合适的固氮微环境，其中改造受体使其识别Nod factors是禾谷类作物改造的首要任务。

因此，本领域需要加强对禾谷类作物识别Nod factors的研究，使得禾谷类作物进行根瘤固氮成为一种可能。

发明内容

本发明的目的在于提供改造禾谷类作物识别结瘤因子(Nod factors)并增加根瘤菌定殖数目的方法。

在本发明的第一方面，提供一种改造禾谷类作物使其识别结瘤因子或增加根瘤菌定殖数目的方法，所述方法包括：将禾谷类作物中MYR1基因的胞外区与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因1；或将禾谷类作物中CERK1基因的胞外区与根瘤植物中其同源基因的胞外区替换，获得融合基因2；将该融合基因1和2引入禾谷类作物中，从而获得识别结瘤因子或根瘤菌定殖数目增加的禾谷类作物。

在一个优选例中，所述的根瘤植物包括：豆科植物；较佳地，包括(但不限于)：苜蓿，大豆、百脉根、豌豆、鹰嘴豆，上述的豆科作物基因组中都有MtLYK3和MtNFP的同源基因。

在另一优选例中，所述的禾谷类作物包括(但不限于)：水稻，大麦、小麦、燕麦、黑麦，玉米，高粱，上述的禾谷类作物的基因组中都有CERK1和MYR1的同源基因。

在另一优选例中，所述的MYR1基因编码的多肽选自：

(a)如SEQ ID NO:3氨基酸序列的蛋白；

(b)将SEQ ID NO:3氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-15个；更佳地1-10个，如5个，3个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)蛋白功能的由(a)衍生的蛋白；或