本發(fā)明屬于植物基因工程，公開了水稻微效抽穗期基因ndf1的基因工程應(yīng)用，具體涉及ndf1在調(diào)控水稻生育期，提高產(chǎn)量及氮素利用效率中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氮(nitrogen,n)是植物生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素之一。氮是生命有機(jī)體中氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素以及各種初級和次級代謝物的核心組成元素。大氣中含有大量的氮，但它不能被大多數(shù)非豆科植物直接吸收，地球上動植物體內(nèi)的氮元素幾乎全部來源于土壤，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤中氮的含量往往是限制作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素(stahl?et?al.,2017；xu?et?al.,2012)。因此現(xiàn)代農(nóng)作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)十分依賴于氮肥的施用，但氮肥的過量施用往往會造成土壤酸化、水體富營養(yǎng)化、溫室氣體排放等環(huán)境問題以及氮肥利用效率低效，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2、氮素不僅是植物生長重要的營養(yǎng)元素，還參與調(diào)控營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)換，影響生育期。開花時間是衡量作物生育期的關(guān)鍵指標(biāo)之一，對作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成起著至關(guān)重要的作用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，過量的氮肥施用會造成“貪青晚熟”的現(xiàn)象，即導(dǎo)致作物全生育時期的延長，擾亂了耕作秩序，使作物錯過適宜的生長時期導(dǎo)致減產(chǎn)降質(zhì)和養(yǎng)分低效。不僅如此，因為前茬作物生育期的延遲，后茬作物不能及時播種或移栽，其農(nóng)業(yè)種植效率和收益受到極大的影響。因此，穩(wěn)定的作物生育期是保障作物穩(wěn)產(chǎn)和氮肥高效的重要基礎(chǔ)。

3、氮素對植物開花的影響是由外部條件和內(nèi)部遺傳因素共同決定的。最近的研究表明，氮素影響開花時間調(diào)控在水稻中表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性。張抒南等(2020)通過分析不同氮濃度處理下、水稻成花前后莖頂端分生組織的轉(zhuǎn)錄組庫，發(fā)現(xiàn)一個myb家族轉(zhuǎn)錄因子，n-regulated?heading?date?1(nhd1)可以響應(yīng)上游谷氨酰胺(glutamine，gln)信號。nhd1通過正向調(diào)控，直接激活開花基因hd3a，從而調(diào)控水稻的開花時間。無論是缺失nhd1還是hd3a，在不同日照條件下，水稻開花時間均往后推遲，失去開花對氮肥的響應(yīng)，增加氮的累積吸收量。nhd1同時也能抑制氮同化基因fd-gogat的表達(dá)，降低其酶的活性和改變谷氨酰胺含量。缺失nhd1可以增強(qiáng)氮的同化效率，同時提高產(chǎn)量和氮素利用效率(nitrogen?useefficiency；nue)。結(jié)果表明nhd1具有協(xié)同調(diào)控水稻生育期及氮素利用效率的功能(zhanget?al.,2020)。

4、早期的水稻抽穗期基因挖掘，主要通過自然群體qtl定位和突變體的圖位克隆等正向遺傳學(xué)的方法。通過這些方法目前已鑒定出許多主效抽穗基因，但這些基因功能改變通常也伴隨著水稻產(chǎn)量和株高等其它性狀的顯著改變。近年來中國水稻品種的產(chǎn)量增長緩慢，表明在種質(zhì)資源開發(fā)和基因布局出現(xiàn)新突破之前，微效基因的聚合可能是提高產(chǎn)量潛力的有效手段之一。而目前，有關(guān)微效抽穗期基因的挖掘與利用的報道較少。克隆依賴nhd1的氮素介導(dǎo)水稻微效抽穗期基因ndf1(nhd1-dependentfloweringfactor?1),不僅可以為構(gòu)建氮素調(diào)控水稻等植物開花的網(wǎng)絡(luò)通路奠定了重要基礎(chǔ)，同時也為培育生育期穩(wěn)定為標(biāo)志的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、氮高效品種提供了理論依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供水稻微效抽穗期基因ndf1其編碼蛋白的工程應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):

3、水稻微效抽穗期基因ndf1在高低氮條件下調(diào)控水稻生育期、產(chǎn)量與氮素利用效率中的應(yīng)用，所述的水稻微效抽穗期基因ndf1序列號為loc_os11g47710(os11g0703400)，序列信息見seq?id?no.1。

4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，敲除水稻微效抽穗期基因ndf1在提前水稻抽穗期、提高產(chǎn)量(早熟不減產(chǎn))以及增加氮素利用效率中的應(yīng)用。

5、其中所述植物優(yōu)選單子葉植物，進(jìn)一步優(yōu)選水稻、玉米或小麥，特別優(yōu)選水稻。

6、有益效果

7、1、本發(fā)明通過基因編輯技術(shù)獲得ndf1的突變植株。并通過田間試驗及分析證明該突變植株具有微效提前抽穗期，并增加了抽穗期對氮響應(yīng)的敏感型。

8、2、ndf1突變體植株的有效分蘗相較于野生型植株顯著增多，產(chǎn)量提高。

9、3、ndf1突變體植株的氮素利用效率相較于野生型植株顯著增加。表明該基因在協(xié)同調(diào)控生育期及氮素利用效率中的重要作用，為未來水稻品種改良建立理論基礎(chǔ)。

10、4、水稻微效抽穗期基因ndf1的編碼區(qū)在3k數(shù)據(jù)庫中主要存在3種自然變異單倍型，且根據(jù)其統(tǒng)計的群體開花時間數(shù)據(jù)顯示3種單倍型之間的平均開花時間存在顯著差異。

技術(shù)特征：

1.水稻微效抽穗期基因ndf1在調(diào)控水稻生育期、產(chǎn)量與氮素利用效率中的應(yīng)用，所述的水稻微效抽穗期基因ndf1序列如seq?id?no.1所示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，水稻微效抽穗期基因ndf1在高氮或低氮條件下調(diào)控水稻生育期、產(chǎn)量與氮素利用效率中的應(yīng)用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用，其特征在于，敲除所述的水稻微效抽穗期基因ndf1能夠提前水稻抽穗期、提高產(chǎn)量以及增加氮素利用效率。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了水稻微效抽穗期基因Ndf1的應(yīng)用。水稻微效抽穗期基因Ndf1調(diào)控水稻生育期、產(chǎn)量與氮素利用效率中的應(yīng)用。敲除所述的水稻微效抽穗期基因Ndf1能夠提前水稻抽穗期、提高產(chǎn)量以及增加氮素利用效率。本發(fā)明通過基因編輯技術(shù)獲得ndf1的突變植株。并通過田間試驗及分析證明該突變植株具有微效提前抽穗期，并增加了抽穗期對氮響應(yīng)的敏感型。ndf1突變體植株的有效分蘗相較于野生型植株顯著增多，產(chǎn)量提高。

技術(shù)研發(fā)人員：徐國華,李雪松,張抒南
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9