水稻OsASN2基因或其编码的蛋白在提高水稻产量中的应用

本发明属于生物工程和育种，具体涉及水稻osasn2基因或其编码的蛋白在提高水稻产量中的应用。

背景技术：

1、水稻是世界上重要的粮食作物，也是我国主要的粮食作物，提高水稻产量对于确保粮食安全具有重要意义。水稻产量由有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重这几个要素决定。光照、温度、水分、病虫害等也影响水稻的产量。

2、由于传统育种所用的亲本亲缘关系较近，目前利用传统育种技术突破水稻产量变得越来越难。从基因工程的角度来提高水稻产量已经在实验中得到证实。尽管基因工程技术在粮食作物的应用上还需慎重，储备一些产量相关的功能基因对于保护粮食安全具有重要作用。

3、氨基酸代谢在生物体生长发育过程中起重要作用。天冬酰胺代谢是植物氮代谢和碳代谢的重要过程。天冬酰胺合酶催化氨基从谷氨酰胺向天冬氨酸的转移，产生谷氨酸和天冬酰胺。as及其编码基因asn在原核生物、植物、动物中均已被鉴定。原核生物中有两种结构各异的as催化合成天冬酰胺，其中asna类天冬酰胺合酶主要利用游离铵作为氨基来源。植物的as与原核生物的asnb类as同源，序列保守，主要利用谷氨酰胺作为氨基来源(gaufichon etal.,2010)。将大肠杆菌(escherichia coli)的asn-a超表达于植物，会对植物的生物量具有正面效应。目前植物asn基因功能主要分为以下几大类：

4、(1)asn影响营养器官的氨基酸含量及生物量。brears等人将豌豆的pisasn1超表达于烟草不仅使得叶片中的天冬酰胺含量增加，而且使烟草植株生物量增加(brears etal.,1993)；水稻osasn1的t-dna插入突变体和crispr敲除突变体均表现出株高降低、根长变短、分蘖减少等营养生长受阻的表型(luo et al.,2019)；atasn2主要在叶片韧皮部伴胞表达，突变之后会导致更少的15n流向库器官，植株生长矮小并且推迟衰老，叶片的天冬酰胺含量减少(gaufichon et al.,2013)。

5、(2)asn增强氨基酸转移到生殖器官，进而促进生殖器官生长发育。拟南芥atasn1的表达量高造成花和发育果荚的游离氨基酸增加、种子可溶性蛋白和氮含量增加(lam etal.,2003；gaufichon et al.,2017)；水稻osasn1超表达植株籽粒中的氨基酸、蛋白质、氮含量增加，产量与野生型相比无变化，在低氮的环境下产量下降较野生型少(lee et al.,2020)。

6、(3)asn在种子发育过程中具有重要的生理功能。gaufichon等通过突变体的研究发现atasn1在球心胚到心形胚的发育过程中，发挥重要的作用(gaufichon et al.,2017)。

7、(4)asn在逆境中增强植物的天冬酰胺合成，通过加速老叶的营养转移为新生器官提供营养。例如，atasn2在营养生长期逆境条件下介导叶片氮的再利用(maaroufi-dguimiet al.,2011)；小麦幼苗taasn1受盐胁迫、渗透胁迫和外源脱落酸的显著诱导(wang etal.,2005)。

8、水稻的as有2个同工酶，分别由osasn1、osasn2编码。osasn1在根部天冬酰胺合成中发挥重要的作用，osasn1主要表达于根的表皮、外皮层、厚壁组织，并且受外界铵诱导上调表达(ohashi et al.,2015)。osasn2的表达不受铵的诱导(ohashi et al.,2015)，且osasn2在叶韧皮部伴胞，灌浆期的穗，种子韧皮部薄壁细胞、背部维管束珠心表皮、珠心突起中表达(nakano et al.,2000)，暗示了osasn2在地上部分发挥重要作用。虽然水稻中已有对osasn1的作用报道，但是osasn2的生物学功能仍缺乏。关于osasn2蛋白在提高水稻产量中的应用未见报道。

技术实现思路

1、为解决相关问题，本发明的首要目的在于提供水稻osasn2基因或其编码的蛋白在提高水稻产量中的应用。水稻osasn2基因(在msu数据库中的登录号为loc_os06g15420/在rap-db数据库中的登录号为os06g0265000)，基因的全长如seq id no.1所示，其cdna序列如seq id no.2所示，其cds序列如seq id no.3所示，共编码876个氨基酸，如seq id no.4所示。本发明将osasn2构建于过表达载体上，在水稻zh11中表达，发现osasn2超表达转基因植株有效穗数、单株总粒数、单株产量显著增多。可见，osasn2基因是一个潜在的可作为基因工程提高水稻产量的靶点，具有重要的应用价值。以往已发现该基因的同源基因osasn1在减氮条件下具有维持产量的效果，本发明首次发现osasn2基因在正常施氮条件下具有显著增产效果。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、水稻osasn2基因或其编码的蛋白在提高水稻产量中的应用。

4、进一步地，所述osasn2基因的碱基序列如seq id no.1、seq id no.2或seq idno.3所示；其编码的蛋白的氨基酸序列如seq id no.4所示。

5、进一步地，所述的应用为水稻osasn2基因或其编码的蛋白在提高水稻有效穗数中的应用。

6、进一步地，所述的应用为水稻osasn2基因或其编码的蛋白在提高水稻单株总粒数中的应用。

7、进一步地，所述的应用为水稻osasn2基因或其编码的蛋白在提高水稻单株产量中的应用。

8、进一步地，所述的应用为在培育高产水稻中的应用。

9、更进一步地，所述的应用包括以下步骤：

10、(1)构建osasn2基因过表达载体；

11、(2)将过表达载体导入受体水稻细胞中，将osasn2基因过表达，获得转基因植株。

12、进一步地，步骤(1)中所述的过表达载体的基础载体为双元植物表达载体。

13、更进一步地，所述的双元植物表达载体为pox。

14、进一步地，步骤(2)中所述的受体水稻包括但不限于zh11品种。

15、进一步地，步骤(2)中所述的导入包括但不限于农杆菌侵染的转基因方式。

16、更进一步地，所述的农杆菌浸染的细胞来源为水稻种子诱导的愈伤组织。

17、更进一步地，所述的农杆菌包括但不限于农杆菌eha105菌株。

18、一种调控水稻产量的制剂，其主要活性成分为水稻osasn2基因编码的蛋白，或过表达osasn2基因的元件或载体。

19、进一步地，所述蛋白的氨基酸序列如seq id no.4所示；所述osasn2基因的碱基序列如seq id no.1、seq id no.2或seq id no.3所示。

20、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

21、本发明将osasn2构建于过表达载体上，在水稻zh11中表达，发现osasn2超表达转基因植株有效穗数、单株总粒数、单株产量显著增多，进而提高水稻产量。可见，osasn2基因是一个潜在的可作为基因工程提高水稻产量的靶点，具有重要的应用价值。