核苷磷酸化酶基因PtNP10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用

本发明涉及基因工程领域，尤其涉及一种核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用。

背景技术：

1、杨树人工林面积居世界第一，每年为行业提供巨量的木材，在水土保持、涵养水源等有着重要的生态功能。受人类农业生产活动、气候变暖、降水格局改变以及氮沉降等因素影响，全国部分地区土壤中氮素过度富集，并延伸至水生态环境。过量的氮沉积改变土壤理化性质，还常引起生态系统失衡带来严重危害，如藻类泛滥。铵态氮是氮素的一种主要形态，土壤中过高浓度铵态氮抑制林木生长、降低其生物量以及氮素利用效率。因此，挖掘林木(杨树)耐高铵关键功能基因，通过基因工程技术促进林木在高铵生境下的生长能力，有助增加木材产量，对生态环境建设也具有重要意义。

2、核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylases，nps)广泛存在于动植物和微生物中，催化伴随着n-糖苷键断裂的核苷酶促磷酸解反应。目前，nps在医学领域的研究较多，而人们对植物中nps的生理功能了解甚少。马铃薯中的嘌呤核苷磷酸化酶可作为细胞分裂素的负调节因子发挥作用，下调表达该基因可缩短块茎的休眠时间。过量表达刺梨嘌呤核苷磷酸化酶基因，能够显著提升枳壳树对盐、氧化应激、干旱和病虫的抗性。然而，迄今为止，涉及核苷磷酸化酶基因参与改变植物(含林木)耐高铵的生长能力未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12的新用途，为培育氮素高效利用的林木新种质材料奠定基础。

2、本发明提供核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用。

3、进一步的，高铵胁迫下，所述核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12功能缺失突变体的生长势强于野生型植株。

4、所述生长势包括株高、茎节长和茎节直径。

5、进一步的，高铵胁迫下，所述核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12功能缺失突变体的地上部分生物量高于野生型植株。

6、所述地上部分生物量包括地上部分鲜重和地上部分干重。

7、进一步的，高铵胁迫下，所述核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12功能缺失突变体的光合能力强于野生型植株。

8、所述光合能力相关参数包括净光合速率、气孔导度、胞间co2浓度和蒸腾速率。

9、进一步的，高铵胁迫下，所述三基因突变体np10np11np12的生长势优于单基因突变体np12和双基因突变体np10np11。

10、进一步的，所述杨属植物为毛果杨(populus trichocarpa)。

11、本发明的有益效果：

12、本发明根据ptnp10/11/12基因序列设计靶位点序列，通过crispr/cas9技术对ptnp10/11/12基因进行人工突变，分别筛选出ptnp12基因功能缺失突变体(np12)、ptnp10/11双基因功能缺失突变体(np10np11)和ptnp10/11/12三基因功能缺失突变体(np10np11np12)。使用10mm nh4+对三类突变体和野生型毛果杨幼树进行高铵胁迫处理，发现三类突变体植株在株高、茎节长、茎节宽、地上组织生物量、光合能力等方面均强于野生型，且三基因突变体np10np11np12的生长势优于单基因突变体np12和双基因突变体np10np11。表明ptnp10/11/12基因参与改变毛果杨的耐高铵能力，且功能冗余。

13、本发明首次发现ptnp10/11/12基因参与改变毛果杨的耐高铵能力。敲除ptnp10/11/12基因，显著提高毛果杨的耐高铵胁迫能力，植株呈现出明显的耐铵性。ptnp10/11/12作为林木改良的候选基因，将有助于缓解林木面对富营养化土壤的压力，使林木在环境压力下实现高产，这不仅可以满足工农业对木材的需求，而且对环境改善方面具有重要意义。

技术特征：

1.核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：高铵胁迫下，核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12功能缺失突变体的生长势强于野生型植株。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述生长势包括株高、茎节长和茎节直径。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：高铵胁迫下，核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12功能缺失突变体的地上部分生物量高于野生型植株。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述地上部分生物量包括地上部分鲜重和地上部分干重。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：高铵胁迫下，所述核苷磷酸化酶基因ptnp10/11/12功能缺失突变体的光合能力强于野生型植株。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述光合能力相关参数包括净光合速率、气孔导度、胞间co2浓度和蒸腾速率。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：高铵胁迫下，三基因突变体np10np11np12的生长势优于单基因突变体np12和双基因突变体np10np11。

9.根据权利要求1、2、4或6所述的应用，其特征在于：所述杨属植物为毛果杨。

技术总结
核苷磷酸化酶基因PtNP10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用，涉及基因工程领域，尤其涉及一种核苷磷酸化酶基因PtNP10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用。本发明提供核苷磷酸化酶基因的新用途，为培育氮素高效利用的林木新种质材料奠定基础。核苷磷酸化酶基因PtNP10/11/12在改变杨属植物耐高铵能力中的应用。高铵胁迫下，核苷磷酸化酶基因功能缺失突变体的生长势、地上部分生物量和光合能力强于野生型植株。本发明用于木材改良及培育林木新种质材料。

技术研发人员：程玉祥,甄成
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16