[发明专利]NtHAK5基因及其用途

说明书

本发明公开了NtHAK5基因及其用途。本发明的NtHAK5基因具有SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列，或其具有促进植物钾吸收功能的变体。本发明还涉及能特异性识别NtHAK5基因的靶序列nthak5，如SEQ ID NO：2。本发明还涉及转化有NtHAK5基因或其变体的转基因植物及以nthak5作为靶序列的基因编辑植物。本发明还涉及所述NtHAK5基因或其变体用于促进植物钾吸收的用途以及促进植物钾吸收的方法，以及利用编辑NtHAK5基因降低植物钾吸收的用途及其方法。

技术领域

本发明涉及一种基因，特别是涉及NtHAK5基因，及其促进植物钾吸收的用途。

背景技术

烟草属于茄科(Solanaceae)烟属(Nicotiana)，是茄科植物的第五大家族，约60余种，可制卷烟和烟丝，茎和叶的残屑可为杀虫剂。中国引入栽培的有数种，其中以普通烟草(Nicotiana tobacum L.)栽培最广。烟草为一年生或多年生经济作物，烟属植物体细胞共有十一种数目的染色体，分别为2n＝9Ⅱ、10Ⅱ、12Ⅱ、16Ⅱ、18Ⅱ、19Ⅱ、20Ⅱ、21Ⅱ、22Ⅱ、23Ⅱ、24Ⅱ(Goodspeed T H et al.,1944)。普通烟草(Nicotiana tobacum；2n＝24Ⅱ＝48TTSS)是由绒毛状烟草(Nicotiana tomentosiformis；2n＝12Ⅱ＝24TT)和林烟草(Nicotiana sylvestris；2n＝12Ⅱ＝24SS)这两个祖先种通过一系列的杂交、染色体自然加倍形成的异源四倍体(Goodspeed T H,1944；Gerstel D U,1960；GerstelD U,1963)。烟草在异源多倍化过程中，其基因组来源于绒毛状烟草(T基因组)的大概比例是47％，来源于林烟草(S基因组)的大概比例是53％(Sierro etal.,2014)，其中绒毛状烟草和林烟草基因组的重复DNA片段丢失了3.7％-8％(Leitch et al.,2008；Sierro et al.,2014)，T基因组丢失比例大于S基因组，具有一定的倾向性(Renny-Byfield et al.,2011)。

烟草是我国重要的经济作物之一，在其生长发育过程中，钾素是烟草吸收量最多的矿质元素。钾在烟株的生理过程中扮演很重要的角色，它显著影响着烟株的物质代谢和能量代谢，几乎可以参与烟株所有的生理代谢过程，包括酶的活化，膜转运，阴离子中和以及渗透调节等(Clarkson D T etal.,1980)。钾元素可以增强植物的光合作用，促进植物体内糖和淀粉的形成；能提高蛋白质分解酶类的活性，从而影响氮素的代谢过程；能提高细胞的渗透压，增加植物的抗旱性和耐寒性；也能促进机械组织的形成而提高植株的抗病力(陆景陵,2003)。

烟叶含钾量与烟叶品质密切相关，是衡量烟叶品质的重要指标之一。烟叶的含钾量直接影响烟叶的吃味、油分、香气量、香气质和阴燃持火力等品质指标,并与烟草制品的安全性息息有关,从而被视为烟草品质的重要指标(石屹等,1997)。Sims等(1981)研究表明，烟叶含钾量的高低决定烟叶燃烧过程中所产生的气体中有害化学成分的含量,烟叶含钾量越多，热分解产物的种类和数量也会随之发生明显改变，焦油等有害物质含量会有所降低。严小龙等(1997)也指出，随着烟叶含钾量的增加,卷烟的尼古丁、总生物碱、抽吸次数、静态燃烧、微粒物质等含量降低。但是，与国际优质烟叶相比，我国烟叶钾含量相对较低，差距明显。

通过增加钾肥施用量、改善施肥方法，可以对提高烟叶含钾量起到一定作用，但是烟草对其吸收利用有限，一方面烟叶钾含量并没有显著提高，另一方面增加了钾肥资源的消耗量，同时钾肥的大量流失还对生态环境造成破坏。通过基因改良来提高烟草对钾元素的吸收利用效率，可以从根本上解决高效、合理地利用钾元素，提高烟叶中的钾含量。