来源于谷子的蛋白质及其调控其表达的物质的应用

本发明属于生物，具体涉及来源于谷子的蛋白质及其调控其表达的物质的应用。

背景技术：

1、谷子[setaria italica(l.)beauv]，属禾本科，狗尾草属，是起源于我国的古老粮食作物。作为一种重要的粮食作物，谷子在中国栽培历史已有8700年以上，至今仍是中国北方干旱及半干旱地区的主要栽培作物之一。谷子具有耐旱、耐贫瘠、适应性广等特征，在我国北方地区广泛种植。谷子去皮后俗称小米，其营养价值丰富，含有人体必需的微量元素和多种必需氨基酸，蛋白质、脂肪以及维生素的含量也很高。

2、在谷子培育中，氮肥被广泛应用，氮肥施用不足会影响农作物的生长和产出，而氮肥施用过多不仅会导致植物体内硝态氮的大量积累，过量的氮还会对土壤和地下水中造成严重的污染。因此，选用耐低氮能力强的品种可以减少氮肥的用量、提高氮素的利用效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种低氮条件下的氮素高效利用相关基因。所要解决的技术问题不限于所描述的技术主题，本领域技术人员通过以下描述可以清楚地理解本文未提及的其它技术主题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种蛋白质或调控所述蛋白质的编码基因表达的物质或调控所述蛋白质含量或活性的物质的应用，该蛋白质的名称为sinar2.1a，所述应用为下述任一种：

4、d1)在调控植物的生物产量中的应用；

5、d2)在制备调控植物的生物产量的产品中的应用；

6、d3)在调控植物的经济产量中的应用；

7、d4)在制备调控植物的经济产量的产品中的应用；

8、d5)在调控植物生长中的应用；

9、d6)在制备调控植物生长的产品中的应用；

10、d7)在植物育种中的应用；

11、所述蛋白质为下述任一种：

12、a1)氨基酸序列是seq id no.1的蛋白质；

13、a2)将seq id no.1所示的氨基酸序列经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的由a1)衍生的或与a1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性的蛋白质；

14、a3)在a1)或a2)的n端和/或c端连接标签得到的具有相同功能的融合蛋白质。

15、为了使a1)中的蛋白质便于纯化或检测，可在由序列表中seq id no.1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接标签蛋白。

16、所述标签蛋白包括但不限于：gst(谷胱甘肽巯基转移酶)标签蛋白、his6标签蛋白(his-tag)、mbp(麦芽糖结合蛋白)标签蛋白、flag标签蛋白、sumo标签蛋白、ha标签蛋白、myc标签蛋白、egfp(增强型绿色荧光蛋白)、ecfp(增强型青色荧光蛋白)、eyfp(增强型黄绿色荧光蛋白)、mcherry(单体红色荧光蛋白)或avitag标签蛋白。

17、本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化或点突变的方法，对本发明的编码蛋白质sinar2.1a的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的蛋白质sinar2.1a的核苷酸序列75％或75％以上同一性的核苷酸，只要编码蛋白质sinar2.1a且具有蛋白质sinar2.1a功能，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

18、上述75％或75％以上同一性，可为80％、85％、90％或95％以上的同一性。

19、本文中，同一性是指氨基酸序列或核苷酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索以对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

20、本文中，所述80％以上的同一性可为至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。

21、前述应用中所述生物产量可为植物一生中生产和积累的有机物的总量，不包括根系。所述生物产量可为单株地上植株的干重。所述生物产量即为实施例中的生物量(biomass)。

22、前述应用中所述经济产量为栽培目的所需要的产品收获量。所述经济产量可为禾本科植物的主茎穗重。所述主茎穗重即指主茎穗子的风干重。

23、前述应用中所述调控植物的生物产量是调控植物在低氮条件下的生物产量。所述低氮条件是指环境中的氮元素含量不能满足植物正常生长发育的环境。所述环境可为土壤或营养液体。

24、本发明中，所述调控所述蛋白质的编码基因表达可为上调或增强或提高蛋白质的编码基因表达，所述调控所述蛋白质的编码基因表达也可为下调或减弱或降低蛋白质的编码基因表达。所述调控所述蛋白质的含量或活性可为上调或增强或提高蛋白质的含量或活性，所述调控所述蛋白质的含量或活性也可为下调或减弱或降低蛋白质的含量或活性。

25、进一步地，调控所述蛋白质的编码基因表达的物质或调控所述蛋白质含量或活性的物质为促进细胞中所述蛋白质的编码基因表达的物质。

26、调控所述蛋白质的编码基因表达的物质或调控所述蛋白质含量或活性的物质均为下述b1)-b7)中任一种生物材料：

27、b1)、编码权利要求1所述蛋白质的核酸分子；

28、b2)、含有b1)所述核酸分子的表达盒；

29、b3)、含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b2)所述表达盒的重组载体；

30、b4)、含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物；

31、b5)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有b2)所述表达盒的转基因植物细胞系；

32、b6)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有b2)所述表达盒的转基因植物组织；

33、b7)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有b2)所述表达盒的转基因植物器官。

34、上述生物材料中，所述含有编码sinar2.1a的核酸分子的表达盒(sinar2.1a基因表达盒)，是指能够在宿主细胞中表达sinar2.1a的dna，该dna不但可包括启动sinar2.1a转录的启动子，还可包括终止sinar2.1a转录的终止子。进一步，所述表达盒还可包括增强子序列。可用于本发明的启动子包括但不限于：组成型启动子；组织、器官和发育特异的启动子及诱导型启动子。合适的转录终止子包括但不限于：农杆菌胭脂碱合成酶终止子(nos终止子)、花椰菜花叶病毒camv35s终止子、tml终止子、豌豆rbcse9终止子和胭脂氨酸和章鱼氨酸合酶终止子。

35、可用现有的表达载体构建含有所述sinar2.1a基因表达盒的重组载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。如pahc25、pbin438、pcambia1302、pcambia2300、pcambia2301、pcambia1305、pcambia1300、pbi121、pcambia1391-xa或pcambia1391-xb(cambia公司)等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3′端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mrna加工或基因表达的dna片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mrna前体的3′端，如农杆菌冠瘿瘤诱导(ti)质粒基因(如胭脂碱合成酶基因nos)、植物基因(如大豆贮存蛋白基因)3′端转录的非翻译区均具有类似功能。使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(gus基因、萤光素酶基因等)、抗生素的标记基因(如赋予对卡那霉素和相关抗生素抗性的nptii基因，赋予对除草剂膦丝菌素抗性的bar基因，赋予对抗生素潮霉素抗性的hph基因，和赋予对氨甲喋呤抗性的dhfr基因，赋予对草甘磷抗性的epsps基因)或是抗化学试剂标记基因等(如抗除莠剂基因)、提供代谢甘露糖能力的甘露糖-6-磷酸异构酶基因。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。

36、上述生物材料中，所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如mrna或hnrna等。

37、具体而言，b1)所述核酸分子为如c1)、c2)或c3)所示的所述蛋白质的编码基因：

38、c1)编码序列是seq id no.2的cdna分子或dna分子；

39、c2)核苷酸序列是seq id no.3的cdna分子或dna分子；

40、c3)与c2)限定的cdna或dna分子杂交且编码具有相同功能的蛋白质的cdna分子或dna分子。

41、上述生物材料中，所述微生物可为酵母、细菌、藻或真菌，如农杆菌。

42、上述生物材料中，所述转基因植物细胞系均不包括繁殖材料。

43、本发明中所述植物为下述任一种：

44、g1)单子叶植物或双子叶植物；

45、g2)禾本科植物；

46、g3)狗尾草属植物；

47、g4)粟种植物；

48、g5)谷子。

49、此外，前文所述生物材料、蛋白质和核酸分子均属于本发明的保护范围。

50、本发明通过实验表明，在低氮条件下，过表达sinar2.1a基因的植株的草重、主茎穗重和生物量都显著高于野生型植株。由此可见，sinar2.1a基因可高效利用氮素。利用sinar2.1a进一步培育氮高效品种，可作为应对上述问题的有效方法之一，进而保证农业的可持续发展。