[发明专利]水稻NAT8基因及其编码蛋白在提高植物产量育种中的应用

说明书

本发明公开了水稻NAT8基因及其编码蛋白在提高植物产量育种中的应用。本发明用氯酸盐处理水稻品种Kasalath与日本晴(Nip)构建的单片段代换系，结合图位克隆技术鉴定到一个新的氮利用效率调控基因NAT8，该基因编码一个质膜定位的碱基/抗坏血酸转运蛋白。通过对该基因进行生理生化及遗传学研究，为水稻中NAT家族的研究提供切入点，有助于阐明水稻中碱基代谢物的转运和再利用调控机制；也有助于更深入解析植物体内不同类型氮源在吸收转运上的协同机制，此外，新的氮肥高效利用位点的发掘也为培育氮高效利用品种提供更多遗传资源和理论依据。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种水稻NAT8基因及其编码蛋 白在提高植物产量育种中的应用。

背景技术

氮是植物需求量最大的矿质元素，也是农业生产的主要决定因素之一。 氮肥的施用极大地增加了作物产量，但也带来了诸如高耗能、高投入、重 污染等负面影响。水稻(Oryza sativa L.)是全球主要粮食作物之一，水稻不同 亚种间在氮肥利用效率上存在很大差异，克隆并利用控制亚种间氮肥利用 效率差异的主效基因，改良水稻氮肥利用效率是解决上述问题的有效途径。

氯酸盐是硝酸盐的结构类似物，植物可以利用硝酸盐系统转运和同化 氯酸盐，且当氯酸盐被还原为亚氯酸盐后，会对植物产生毒害作用。因而 氯酸盐敏感性可作为鉴定硝酸盐吸收同化能力的指示剂。Aus是亚洲栽培稻 中具有多种耐逆性的一个亚群。Kasalath是Aus亚群的一个代表品种，对氯 酸盐有极强的敏感性。

在长期进化过程中，植物形成了利用多种氮的能力。土壤中供植物利 用的氮可以分为无机氮和有机氮两种。铵盐和硝酸盐是土壤中主要的无机 氮源，蛋白质、氨基酸、小肽、核酸碱基及其衍生物是主要的有机氮源。 因为土壤性质(如质地、pH值、水分、微生物种类等)的差异，土壤中的氮 在不同时间不同位置上有很大差异。为应对外界环境中不同氮源含量的变 化以及植物自身不同发育阶段对各种氮需求量的不同，植物进化出多种调 节氮吸收利用的机制。

目前对植物无机氮源(硝酸盐、铵盐)的研究取得很大进展，尤其是硝酸 盐，对有机氮的代谢转运也有较大进展，尤其对氨基酸代谢转运研究。然 而，植物如何调节碱基或核苷类氮源的利用的研究报道相对较少。水稻中， 针对5个核苷碱基转运蛋白家族的功能研究开展极少，其中NAT家族目前 尚未有功能的水稻基因报道。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种水稻NAT8基因及其编码蛋白 在提高植物产量育种中的应用。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种水稻NAT8基因，所述水稻NAT8基因的基因组核苷酸序列如SEQ ID NO：3或SEQID NO：4所示，水稻NAT8基因的CDS核苷酸序列如 SEQ ID NO：5或SEQ ID NO：6所示。

进一步改进在于，该基因的编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：1 或SEQ ID NO：2所示。

本发明还提供了一种上述基因的敲除载体，所述敲除载体为包含SEQ ID NO：3或SEQ ID NO：5的NAT8基因的gDNA片段的CRISPR/Cas9载 体。

本发明还提供了一种如上述基因在提高植物产量育种中的应用。

进一步改进在于，所述提高植物产量的方法为：将含有SEQ ID NO：3 或SEQ IDNO：5所示的NAT8基因的植株进行NAT8基因敲除，获得缺失 体植株。

进一步改进在于，所述植物为水稻。

进一步改进在于，所述应用为通过提高植物的氮利用效率来提高植物 产量育种。

进一步改进在于，所述氮利用效率提高体现在如下方面中的至少一种： 氯酸盐敏感性、硝酸盐吸收转运能力、有效分蘖数、单株产量、小区产量。