【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及生物，特別是涉及玉米zmcnf1基因及其在提高植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量中的應用。
技術介紹
1、玉米作為重要的糧食作物和飼料作物，生產潛力大，經濟效益高，具有食用、飼用和多種工業用途，在保障糧食安全方面具有重要戰略地位。玉米是一類喜氮作物，日常生產中常有“施足基肥，早施苗肥，重施攻穗肥”的原則。農田施用氮肥會顯著提高產量，然而過量施用氮肥也會導致作物利用率下降、引發環境污染問題。提高玉米類作物的氮素利用效率，挖掘氮高效優異基因，培育氮高效新品種，實現綠色可持續增產，是當下玉米遺傳育種的核心挑戰。
2、植物生長過程中需要吸收大量元素及微量元素供自身生長發育。氮是植物需求量最大的礦質元素，也是限制植物生長的關鍵因子。氮是植物體合成蛋白質的重要成分，蛋白質中的平均含氮量可達16-18％。同時也是遺傳物質核酸、生物催化劑酶、葉綠素和細胞骨架磷脂的組分元素，在植物生命活動中具有重要作用。大部分植物通過根系對氮元素進行吸收利用，農業生產上普遍通過增施氮肥提升產量。植物缺氮時，植株的蛋白質合成能力降低，細胞分裂和伸長受到抑制，葉綠素合成降低，具體表現為植株矮小細弱、葉色發黃、生長周期延緩以及結實率低。氮量過多時，大量的碳水化合物會用于合成蛋白質和葉綠素等物質，使細胞壁中的纖維素、果膠質大量減少，導致植物細胞大而壁薄，易遭病蟲侵害，同時造成莖部機械組織不發達，易倒伏。因此，研究作物對于氮素的吸收利用具有重要的科學意義和生產意義。
技術實現思路
1、本專利技術
2、本專利技術研究發現玉米zmcnf1基因在植物中過量表達，能顯著提升植株生物量、蛋白含量及氮素利用效率。植株高度明顯提升，生物量增大。對其進行氮含量測定，全株平均總蛋白含量提升11.97％。
3、基于此，本專利技術提供了如下方案：
4、本專利技術提供一種具有提高植株氮含量以及生物量功能的蛋白質，所述蛋白質為(a1)、(a2)和(a3)中的任一項：
5、(a1)zmcnf1蛋白，其氨基酸序列如seq?id?no.1所示；
6、(a2)將所述zmcnf1蛋白的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代、缺失和/或添加，得到的與所述zmcnf1蛋白具有90％以上的同一性且與植物高蛋白相關的蛋白；
7、(a3)在(a1)或(a2)的n末端或/和c末端連接蛋白標簽得到的融合蛋白質。
8、本專利技術還提供一種上述的蛋白質的編碼基因。
9、進一步地，所述編碼基因的核苷酸序列如seq?id?no.1所示。
10、本專利技術還提供一種基因表達盒，包括上述的編碼基因。
11、本專利技術還提供一種重組表達載體，包括上述的基因表達盒。
12、本專利技術還提供一種重組宿主細胞，包括上述的重組表達載體。
13、本專利技術還提供上述的編碼基因、基因表達盒、重組表達載體或重組宿主細胞在以下(b1)-(b4)任一項中的應用：
14、(b1)提高植物的蛋白含量；
15、(b2)提高植物的生物量；
16、(b3)提高植物氮素利用效率；
17、(b4)培育高蛋白植物品種。
18、進一步地，所述植物為玉米。
19、所述玉米具體可為鄭單958、先玉335、京科968、登海605、德美亞1號、德美亞3、和育187、蘇玉29、京農科728、中單808、正大808等品種。
20、本專利技術還提供一種提高植物植株氮含量的方法，包括將上述的編碼基因導入植物中，構建得到過表達所述編碼基因的轉基因植物的步驟。
21、本專利技術還提供一種提高植物生物量的方法，包括將上述的編碼基因導入植物中，構建得到過表達所述編碼基因的轉基因植物的步驟。
22、所述“將上述的編碼基因導入植物中”是通過向受體植物中導入含有所述編碼基因的重組表達載體實現的。
23、可用現有的植物表達載體構建含有所述編碼基因的重組表達載體。所述植物表達載體包括雙元農桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等。所述植物表達載體還可包含外源基因的3′端非翻譯區域，即包含聚腺苷酸信號和任何其它參與mrna加工或基因表達的dna片段。所述聚腺苷酸信號可引導聚腺苷酸加入到mrna前體的3′端，如農桿菌冠癭瘤誘導(ti)質粒基因(如胭脂堿合成酶基因nos)、植物基因(如大豆貯存蛋白基因)3′端轉錄的非翻譯區均具有類似功能。
24、使用上述的編碼基因構建重組表達載體時，在其轉錄起始核苷酸前可加上任何一種增強型啟動子或組成型啟動子(如花椰菜花葉病毒(camv)35s啟動子、玉米的泛素啟動子(ubiquitin))，或組織特異表達啟動子(如種子特異表達的啟動子)，它們可單獨使用或與其它植物啟動子結合使用。此外，使用該編碼基因構建重組表達載體時，還可使用增強子，包括翻譯增強子或轉錄增強子，這些增強子區域可以是atg起始密碼子或鄰接區域起始密碼子等，但必需與編碼序列的閱讀框相同，以保證整個序列的正確翻譯。所述增強子的來源是廣泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻譯起始區域可以來自轉錄起始區域或結構基因。
25、為了便于對轉基因植物細胞或植物進行鑒定及篩選，可對所用植物表達載體進行加工，如加入可在植物中表達的編碼可產生顏色變化的酶或發光化合物的基因(gus基因、螢光素酶基因等)、具有抗性的抗生素標記物(慶大霉素標記物、卡那霉素標記物等)或是抗化學試劑標記基因(如抗除莠劑基因)等。
26、在本專利技術中，所述重組表達載體具體可為將ubi-cflag載體的speⅰ和bamhⅰ酶切位點間的片段替換為seq?id?no.1所示的dna分子得到的重組表達載體。
27、在上述方法中，將攜帶上述的編碼基因的重組表達載體導入所述受體植物，具體可為：通過使用ti質粒、ri質粒、植物病毒載體、直接dna轉化、顯微注射、電導、農桿菌介導等常規生物學方法轉化植物細胞或組織，并將轉化的植物組織培育成植株。
28、轉化的細胞、組織或植物理解為不僅包含轉化過程的最終產物，也包含其轉基因子代。
29、本專利技術公開了以下技術效果：
30、本專利技術挖掘到了一個既能調控植物生物量和氮素利用效率，又可以提升植株蛋白含量的關鍵基因——zmcnf1。通過轉基因的方法對其功能進行深入分析和鑒定，進一步明確了zmcnf1基因在提升玉米植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量中的作用。本專利技術對氮素高效利用優異品種的培育具有重要意義。
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1.一種具有提高植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量功能的蛋白質，其特征在于，所述蛋白質為(A1)、(A2)和(A3)中的任一項：
2.一種如權利要求1所述的蛋白質的編碼基因。
3.根據權利要求2所述的編碼基因，其特征在于，所述編碼基因的核苷酸序列如SEQ?IDNO.1所示。
4.一種基因表達盒，其特征在于，包括權利要求2或3所述的編碼基因。
5.一種重組表達載體，其特征在于，包括權利要求4所述的基因表達盒。
6.一種重組宿主細胞，其特征在于，包括權利要求5所述的重組表達載體。
7.一種如權利要求2或3所述的編碼基因、權利要求4所述的基因表達盒、權利要求5所述的重組表達載體或權利要求6所述的重組宿主細胞在以下(B1)-(B4)任一項中的應用：
8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于，所述植物為玉米。
9.一種提高植物植株氮含量的方法，其特征在于，包括將權利要求2或3所述的編碼基因導入植物中，構建得到過表達所述編碼基因的轉基因植物的步驟。
10.一種提高植物生物量的方法，
...【技術特征摘要】
1.一種具有提高植株生物量、氮素利用效率及植株蛋白含量功能的蛋白質，其特征在于，所述蛋白質為(a1)、(a2)和(a3)中的任一項：
2.一種如權利要求1所述的蛋白質的編碼基因。
3.根據權利要求2所述的編碼基因，其特征在于，所述編碼基因的核苷酸序列如seq?idno.1所示。
4.一種基因表達盒，其特征在于，包括權利要求2或3所述的編碼基因。
5.一種重組表達載體，其特征在于，包括權利要求4所述的基因表達盒。
6.一種重組宿主細胞，其特征在于，包括權利要求5所述的重組表達載體。
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃永財，陳迪，高盧盧，李書君，巫永睿，王海海，
申請(專利權)人：四川農業大學，
類型：發明
國別省市：
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