[发明专利]硝酸根运输基因OsNRT1.9b在水稻选育中的应用

说明书

本发明公开了硝酸根运输基因OsNRT1.9b在水稻选育中的应用，属于植物基因工程领域。OsNRT1.9b基因编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，cDNA序列如SEQ ID NO.2所示。本发明通过构建水稻OsNRT1.9b基因超表达植株、OsNRT1.9a基因的突变体植株，发现通过提高OsNRT1.9b基因表达，可以使正常的水稻分蘖数和每株穗数增加，单株灌浆粒数和单株产量增加，因此OsNRT1.9b基因可用于水稻选育中以提高水稻产量。OsNRT1.9b基因在阐述氮素影响植物生长及发育过程方面以及在水稻株型改良方面具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及硝酸根运输基因OsNRT1.9b在水稻选育中的应用。

背景技术

中国水稻种植面积占世界作物总种植面积的20％，但氮肥施用量却占到世界总施用量的37％；1995年中国氮肥生产量和使用量已达世界第一位，但氮肥使用效率较低，氮肥的施用量已较50年前增长20倍，按这种趋势，预计到2050年，将会再翻3倍。氮肥施用过量会导致水体富营养化等生态污染问题[徐国华，范晓荣.水稻硝转运蛋白基因OsNRT1.1b和OsNRT1.1b的功能研究.南京农业大学，2011：4-6]。更多的氮素营养通过反硝化作用、水土流失、自然挥发、微生物利用等途径遭到浪费。

如果将氮素的吸收效率提高1％，就相当于每年节约了十多亿美元的开支。从中国国情分析，扩大种植面积提高总产量的潜力已经很有限，唯一的出路是在有限的土地上生产出更多的稻谷，即提高单位面积产量。在过去的传统耕作中，通过选择氮利用效率更高的作物，来提高氮的利用效率；但与分子水平上的育种相比，这个过程显得缓慢而低效[张洪程，戴其根.水稻氮素利用的基因型差异与生理机理研究.扬州大学，2008：10-13]。要提高氮利用率，必须从氮的分子吸收机制中寻找突破口。硝酸根运输基因家族分为低亲和力硝酸根运输基因与高亲和力硝酸根运输基因两类[周诗毅.糖类和氨基酸对水稻诱导型高亲和力硝酸盐转运系统的影响.华中科技大学，2009：15-16]。通过氮同化作用，将硝态氮和铵态氮吸收并转化为氨基酸，称为氮的第一类吸收。通过对氮的运输使种子营养物质增加，增加饱满度，称为氮的第二类吸收，也就是氮的再利用[Kbnt S,Bi Y,Steven J,etal.Understanding plant response to nitrogen limitation for the improvement ofcrop nitrogen use efficiency.Journal of Experimental,2011,62(4):1499-1509]。增加氮吸收积累量或氮转运量，都可以增产。因此，在现代化农业建设中，通过分子育种手段来提高水稻对氮肥的利用效率，可以减少氮肥污染，还能增加产量。

NRT1/PTR家族(NRT1/PTR family,NPF)是指能够介导2-3个氨基酸残基的小分子肽及硝酸根等物质进行跨膜运输的蛋白[Rentsch D,Schmidt S,Tegeder M.Transportersfor uptake and allocation of organic nitrogen compounds in plants.FEBS Let,2007,581:2281-2289]。NRT1/PTR家族成员参与了种子形成过程中蛋白质的积累和萌发中蛋白降解后小分子多肽形式转运[Martre P,Porter J R,Jamieson P D,et al.Modelinggrain nitrogen accumulation and protein composition to understand the sink/source regulations of nitrogen remobilization for wheat.Plant Physiol,2003,133:1959-1967]。目前关于NPF家族成员研究的报道很少，本发明涉及的OsNRT1.9基因是水稻NPF基因家族的一个硝酸根运输同源基因。本发明发现OsNRT1.9基因转录后加工能形成两种剪接，其中第二种剪接形式OsNRT1.9b对水稻分蘖有非常重要的作用，可应用于植物株型改良从而使水稻增产。

发明内容