水稻氮素利用基因NU4在调控水稻生长中的应用的制作方法
本发明涉及植物基因工程，特别是涉及水稻氮素利用基因nu4在调控水稻生长中的应用。
背景技术：
1、水稻作为主要粮食作物之一，其产量一直受到社会各界的关注。氮素作为农作物三大矿质元素之一，对水稻的产量有着重大影响。氮肥的广泛使用提高了许多谷物的产量，而氮肥的过度使用会造成严重的环境污染问题，如土壤酸化和水体富营养化。因此，为提高粮食产量和缓解氮肥过度使用带来的环境问题，提高水稻氮素利用率成为一条切实可行的途径。
2、据研究，氮肥作为农业生产中主要的肥料之一，只有30％-50％能够被作物吸收(raun et al.,improving nitrogen use efficiency for cereal production.agronomyjournal,1999,91.)。因此，为了满足农作物对氮肥的需求以及减少氮肥过度使用所带来的环境污染问题，增加植物的氮素利用率显得非常重要。已有大量的氮素利用相关基因被报道，如nrt1.1b通过触发硝酸盐应答反应，进而促进氮高效利用(hu et al.,nitrate–nrt1.1b–spx4 cascade integrates nitrogen and phosphorus signalling networksin plants.nat.plants,2019,401–413.)；osnr2的nr酶活活性高，促进次氯酸盐敏感性及硝酸盐的吸收，从而增加氮素利用率促进水稻产量的提高(gao et al.,the indicanitrate reductase gene osnr2 allele enhances rice yield potential andnitrogen use efficiency.nat commun,2019,10,5207.)；osalaat1通过调节水稻碳氮代谢平衡来调控氮素的有效利用，提高水稻产量和品质(fang et al.,alanineaminotransferase(osalaat1)modulates nitrogen utilization,grain yield,andquality in rice.journal ofgenetics and genomics,2022,49:510-513.)。然而，关于水稻氮素利用的基因及其应用仍有大量未知，仍需探索，以增加氮素利用率，为水稻氮代谢提供高氮代谢的优异基因资源。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供水稻氮素利用基因nu4在调控水稻生长中的应用，以解决上述现有技术存在的问题。本发明鉴定了氮代谢基因nu4在水稻中的表达模式，利用基因编辑技术得到其功能缺失突变体。该功能缺失突变体的种子粒厚变窄，导致千粒重显著下降；种子蛋白质含量下降；同时突变体水稻幼苗氮含量增加，导致水稻氮素利用率下降。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明提供了水稻氮素利用基因nu4或与nu4相关的生物材料在调控水稻生长中的应用，所述调控水稻生长是指调控水稻氮素利用率、调控水稻种子品质、调控水稻产量；
4、所述水稻氮素利用基因nu4的核苷酸序列如seq id no.1所示：
5、atgtcgtacaaccattcgccgtccatcaccgcagagaccataaaccagaaggtcaggatcttcacctacgagccatgtggggagattgtccgccacgcacggcggttagagaaggagatatacgaaaatccaggctctctcccttttcaagagataatatactgcaatcttgggaaccctcaggctcttggccaacgaccaatcaatttctttcgcgaggttctttctctgtgtgacaatccatctctcatagacagagacgaagctcgtgcattattcagtccatgtgcgctaaaacgagccaggaagattattgaatcacttccaggcagagattctggttcctatactagtagtcagggagtcagaggtttgcgtgaagcagttgctgatggaatagctgccagagatggttttccatcaaaaccagataacatttttctgacagatggagcaagttcagcaatcaacatgatgatgcaaatactcatcaggtcccatgaagatggcattttgtgcccgctgcctgaatatcccttatactctgcttctattattcttcatggtggaacaatggtaccgtataatcttactgaagacagtatttgggggcttgagattttcgaagtcaagaggtgtttagaggacgcccgtgcatcgggtttgactattagagctatggtggtcataaatcccggcaatcctactggccaggtactgtctataaccaaccaggaggagattgtggaattctgtaggaaagaagggttggttattcttgctgatgaggtataccaagaaaatgtctatacagagaataagaggttcaattccttcaaaaaggtggccagatcacttggttatgatcaccatgacctctctatagtgtcatttcactcggtctctatgggatactatggagaatgtggtagaaggggaggctacatggagatttgtggttttggagatgatgtgatcgatgagatgtacaagttggcttctctaactatttgtcccaacatagctggccaaatccttatcagccttgttatggatccacctaagctaggggatgaggcttttgagattttcatggtcgagaaggaagagacttattcatctctactcaagcgcgcaaaggctttgcagaaagcgttcaacggtttggaaggcgtgtcgtgtaacaagttcgagggagccatgtacctcttcccacggctgcgcctgccacaggcggcgatcaaagcggcgcagctggagggcgtctcccccgacgtgttctacgcgcaccgcctgctcgacgccacggggatcgccgtcgtcccaggctctggatttcacccagtctccgggacatcgcacatccggtgcaccatcctccccggcgaggagacgatcacggcgatggttcccagcctccaggcgttccatgaggcgttcatggacgagtttcgcggctga。
6、优选的，所述水稻氮素利用基因nu4编码的蛋白质的氨基酸序列如seq id no.2所示：
7、msynhspsitaetinqkvriftyepcgeivrharrlekeiyenpgslpfqeiiycnlgnpqalgqrpinffrevlslcdnpslidrdearalfspcalkrarkiieslpgrdsgsytssqgvrglreavadgiaardgfpskpdnifltdgassainmmmqilirshedgilcplpeyplysasiilhggtmvpynltedsiwgleifevkrcledarasgltiramvvinpgnptgqvlsitnqeeivefcrkeglviladevyqenvytenkrfnsfkkvarslgydhhdlsivsfhsvsmgyygecgrrggymeicgfgddvidemyklaslticpniagqilislvmdppklgdeafeifmvekeetyssllkrakalqkafnglegvscnkfegamylfprlrlpqaaikaaqlegvspdvfyahrlldatgiavvpgsgfhpvsgtshirctilpgeetitamvpslqafheafmdefrg*。
8、优选的，所述与nu4相关的生物材料为如下b1)-b6)中的任意一种：
9、b1)包含所述水稻氮素利用基因nu4的表达盒；
10、b2)包含所述水稻氮素利用基因nu4的重组载体；
11、b3)包含所述水稻氮素利用基因nu4的重组微生物；
12、b4)所述水稻氮素利用基因nu4的突变体基因；
13、b5)靶向水稻氮素利用基因nu4的crispr/cas9-grna表达质粒；
14、b6)包含b5)所述表达质粒的重组微生物。
15、优选的，所述调控水稻生长的方法为：
16、通过敲除所述水稻氮素利用基因nu4，或将如b4)-b6)任一项所述的与nu4相关的生物材料导入水稻植株中，降低水稻氮素利用率、降低水稻种子品质或降低水稻产量；
17、或，将所述水稻氮素利用基因nu4或如b1)-b3)任一项所述的与nu4相关的生物材料导入水稻植株中，提高水稻氮素利用率、提高水稻种子品质或提高水稻产量。
18、本发明还提供了一种水稻氮素利用基因nu4的突变体基因，所述突变体基因为nu4-1或nu4-2；
19、所述nu4-1的核苷酸序列如seq id no.12所示；所述nu4-2的核苷酸序列如seq idno.13所示；
20、所述nu4-1编码的蛋白质的氨基酸序列如seq id no.14所示；所述nu4-2编码的蛋白质的氨基酸序列如seq id no.15所示。
21、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
22、本发明鉴定到了一个水稻氮素利用基因nu4，该基因敲除后突变体种子呈现出粒厚变窄，导致千粒重显著下降；种子蛋白质含量下降；水稻幼苗氮含量上升，根长变长，酶活活性变高，导致水稻氮素利用率下降。因此，nu4基因在调控水稻生长，包括水稻氮素利用率、水稻产量、稻米品质等方面起关键作用。本发明为水稻氮代谢研究提供了新的基因资源和研究基础。
技术特征：
1.水稻氮素利用基因nu4或与nu4相关的生物材料在调控水稻生长中的应用，其特征在于，所述调控水稻生长是指调控水稻氮素利用率、调控水稻种子品质或调控水稻产量；
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水稻氮素利用基因nu4编码的蛋白质的氨基酸序列如seq id no.2所示。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述与nu4相关的生物材料为如下b1)-b6)中的任意一种：
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述调控水稻生长的方法为：
5.一种水稻氮素利用基因nu4的突变体基因，其特征在于，所述突变体基因为nu4-1或nu4-2；
技术总结
本发明公开了水稻氮素利用基因NU4在调控水稻生长中的应用，属于植物基因工程技术领域。本发明所述水稻氮素利用基因NU4的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述调控水稻生长是指调控水稻氮素利用率、调控水稻种子品质、调控水稻产量。本发明鉴定了氮代谢基因NU4在水稻中的表达模式，利用基因编辑技术得到其功能缺失突变体。该功能缺失突变体的种子粒厚变窄，导致千粒重显著下降；种子蛋白质含量下降；同时突变体水稻幼苗氮含量增加，导致水稻氮素利用率下降。
技术研发人员：魏祥进,鲁菲菲,王轶欣,胡培松,焦桂爱,方亮兵,马刘洋
受保护的技术使用者：中国水稻研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23