本發(fā)明涉及基因工程，更具體的說(shuō)是涉及osptst1基因在提高植物氮素利用效率和增產(chǎn)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、水稻作為重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量占據(jù)全國(guó)總糧的四成左右。隨著人口的增加和可耕地面積的減少，未來(lái)對(duì)糧食的需求將持續(xù)增加。

2、另一方面，氮素是植物必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一，在促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、促進(jìn)植物蛋白質(zhì)和葉綠素的合成、提高作物產(chǎn)量方面具有重要作用。然而，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了克服氮素利用率低并提高糧食產(chǎn)量，大量無(wú)機(jī)氮肥被廣泛使用，而未被吸收利用的氮肥則流失至空氣、水體或土壤中，導(dǎo)致溫室氣體排放超標(biāo)、地表水富營(yíng)養(yǎng)化以及土壤酸化等一系列破壞生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題。同時(shí)，氮肥過(guò)量使用也會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，如降低抗逆能力、易倒伏、品質(zhì)下降和抑制根系生長(zhǎng)等。

3、因此，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的使用、挖掘出調(diào)控氮素吸收和利用的關(guān)鍵基因、提高氮素利用效率、培育氮素高效利用作物新品種，是確保農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和穩(wěn)定的重要生物學(xué)途徑之一，研發(fā)和推廣氮素高效水稻品種也是未來(lái)水稻種植業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

4、如何提高水稻產(chǎn)量、減少化學(xué)肥料的使用，實(shí)現(xiàn)“減肥增產(chǎn)”是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供osptst1基因在提高植物氮素利用效率和增產(chǎn)中的應(yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、敲除osptst1基因在植物育種中的應(yīng)用，所述應(yīng)用為以下任意一種：

4、a.提高植物氮素利用效率；

5、b.增加粒長(zhǎng)；

6、c.增加產(chǎn)量；

7、所述osptst1基因的核苷酸序列如seq?id?no.1所示。

8、優(yōu)選的，所述osptst1基因的cds核苷酸序列如seq?id?no.2所示。

9、本發(fā)明的另一目的是，提供敲除上述osptst1基因的生物材料在植物育種中的應(yīng)用，所述生物材料為以下任意一種：

10、a.能夠使osptst1基因敲除的表達(dá)盒；

11、b.含有a所述表達(dá)盒的重組載體；

12、c.含有a所述表達(dá)盒或b所述重組載體的重組微生物。

13、本發(fā)明的另一目的是，提供一種水稻突變體ptst1-1的編碼基因，其特征在于，所述突變體的編碼基因在seq?id?no.1所示核苷酸序列的第829位發(fā)生a堿基的缺失。

14、本發(fā)明的另一目的是，提供一種水稻突變體ptst1-2的編碼基因，其特征在于，所述突變體的的編碼基因在seq?id?no.1所示核苷酸序列的第821位發(fā)生a堿基的插入。

15、本發(fā)明的另一目的是，提供上述突變體的編碼基因在植物育種中的應(yīng)用，所述應(yīng)用為以下任意一種：

16、a.提高植物氮素利用效率；

17、b.增加粒長(zhǎng)；

18、c.增加產(chǎn)量。

19、本發(fā)明的另一目的是，提供一種含有上述突變體的編碼基因的生物材料，所述生物材料為表達(dá)盒、表達(dá)載體、克隆載體和/或重組微生物。

20、本發(fā)明的另一目的是，提供上述生物材料在植物育種中的應(yīng)用，所述應(yīng)用為以下任意一種：

21、a.提高植物氮素利用效率；

22、b.增加粒長(zhǎng)；

23、c.增加產(chǎn)量。

24、本發(fā)明的另一目的是，提供一種利用crispr/cas9系統(tǒng)對(duì)osptst1基因定點(diǎn)突變的方法，針對(duì)目標(biāo)基因設(shè)計(jì)基于crispr/cas9的sgrna序列，將含有編碼所述sgrna序列的dna片段連接到攜帶crispr/cas的載體中，轉(zhuǎn)化水稻，實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻osptst1的定點(diǎn)突變；

25、所述sgrna作用位點(diǎn)的核苷酸序列如seq?id?no.3所示。

26、有益效果：本發(fā)明公開(kāi)了水稻基因osptst1在提高氮素利用效率和增加水稻粒長(zhǎng)及產(chǎn)量中的應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)crispr-cas9和超表達(dá)技術(shù)分別獲得了ptst1突變體植株和oe-ptst1超表達(dá)植株。進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：與野生型水稻相比，ptst1突變體植株粒長(zhǎng)和千粒重顯著增加，單株產(chǎn)量上升，氮利用效率提高；oe-ptst1植株粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重都顯著減少，產(chǎn)量下降，氮利用效率降低。說(shuō)明osptst1能夠調(diào)控水稻產(chǎn)量和氮素利用效率，為培育高產(chǎn)高氮利用效率的水稻新品種奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.敲除osptst1基因在植物育種中的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用為以下任意一種：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的敲除osptst1基因在植物育種中的應(yīng)用，其特征在于，所述osptst1基因的cds核苷酸序列如seq?id?no.2所示。

3.敲除權(quán)利要求1所述osptst1基因的生物材料在植物育種中的應(yīng)用，其特征在于，所述生物材料為以下任意一種：

4.一種水稻突變體ptst1-1的編碼基因，其特征在于，所述突變體的編碼基因在seq?idno.1所示核苷酸序列的第829位發(fā)生a堿基的缺失。

5.一種水稻突變體ptst1-2的編碼基因，其特征在于，所述突變體的的編碼基因在seqid?no.1所示核苷酸序列的第821位發(fā)生a堿基的插入。

6.權(quán)利要求4或5所述突變體的編碼基因在植物育種中的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用為以下任意一種：

7.一種含有權(quán)利要求4或5所述突變體的編碼基因的生物材料，其特征在于，所述生物材料為表達(dá)盒、表達(dá)載體、克隆載體和/或重組微生物。

8.權(quán)利要求7所述生物材料在植物育種中的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用為以下任意一種：

9.利用crispr/cas9系統(tǒng)對(duì)osptst1基因定點(diǎn)突變的方法，其特征在于，針對(duì)目標(biāo)基因設(shè)計(jì)基于crispr/cas9的sgrna序列，將含有編碼所述sgrna序列的dna片段連接到攜帶crispr/cas的載體中，轉(zhuǎn)化水稻，實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻osptst1基因的定點(diǎn)突變；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了水稻OsPTST1基因在提高植物氮素利用效率和增產(chǎn)中的應(yīng)用，涉及基因工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)CRISPR?Cas9和超表達(dá)技術(shù)分別獲得了ptst1突變體植株和OE?PTST1超表達(dá)植株。進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：與野生型水稻相比，ptst1突變體植株粒長(zhǎng)和千粒重顯著增加，單株產(chǎn)量上升，氮利用效率提高；OE?PTST1植株粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重都顯著減少，產(chǎn)量下降，氮利用效率降低。說(shuō)明OsPTST1能夠調(diào)控水稻產(chǎn)量和氮素利用效率，為培育高產(chǎn)高氮利用效率的水稻新品種奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：李志永,張健,常龍學(xué),劉西西,成珍,黃捷,劉新勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)水稻研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26