CN111826391A

CN111826391A - 一种nhx2-gcd1双基因或其蛋白的应用

Info

Publication number: CN111826391A
Application number: CN201910247625.0A
Authority: CN
Inventors: 曲明南; 莎娜丝; 陈根云; 朱新广
Original assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Current assignee: Center for Excellence in Molecular Plant Sciences of CAS
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: CN111826391B

Abstract

本发明提供了一种NHX2基因和调控因子GCD1或其蛋白的应用。本发明揭示了当提高NHX2和GCD1基因或其蛋白的表达时，可显著改善农作物的农艺性状，包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)增加干旱下叶片水分利用效率；(iii)增加干旱下有效分蘖数；(iv)增加干旱下经济产量；和/或(v)增加生物量等。此外，将NHX2基因的选自‑1212、‑335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基‑1212A、‑335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C和/或增加其调控因子GCD1基因的表达，可显著提高农作物的波动光下气孔开关速度(τ_cl)和叶片水分利用效率以及干旱下的生物量和产量。

Description

一种NHX2-GCD1双基因或其蛋白的应用

技术领域

本发明涉及农学领域，具体地，涉及一种NHX2-GCD1双基因或其蛋白的应用。

背景技术

水资源短缺正成为制约中国粮食作物(如水稻等)生产持续发展的重要因素，培育抗旱性强的作物品种，不但能够节约水资源，而且有利于实现绿色超级稻的稳产增产。干旱条件下会产生ABA，进而启动一系列信号转导途径。目前对植物抗旱新改良主要关注几个方面：根系特性、气孔大小及反应速度、水力导度和叶肉导度等。

气孔是植物特化的表皮结构，一般位于植物茎叶等器官的表皮，由1对保卫细胞围绕一小孔形成，可同时影响叶片蒸腾和CO2同化，在全球水循环扮演重要的角色，据估计，每年有35×10¹⁵千克的水蒸气是通过叶子的气孔来实现。尤其是植物在外界常常处于光照变化环境，由高光到低光转换过程中，气孔缓慢关闭不利于水分保持，因此通过优化气孔动态来培育节水型水稻可成为水稻抗旱育种的新型有效策略。在自然出现的高光到低光的转换过程中，缓慢的气孔关闭过程不利于水分效率的保持。因此，通过调节气孔动态来培育节水型水稻可成为水稻抗旱育种的新型有效策略。目前，对于气孔动态的调节的相关基因靶点仍不清楚。尽管全基因组关联分析手段已成为过去近10年动植物基因挖掘的重要研究手段之一，然而由于气孔动态测定复杂，仍然缺乏高通量精细化的测定平台和测量手段。另外具有广泛遗传变异的自然群体的选择也是挖掘新型功能基因的重要条件之一。

气孔的保卫细胞通过离子驱动膨胀，来控制气孔的大小。目前对气孔发生的相关基因已有大量研究，包括控制相邻细胞不均等分裂(TMM基因)，气孔密度基因(SDD1)，保卫细胞均等分裂控制基因(FLP和YDA基因)。然而，目前尚缺少对气孔关闭响应速度的相关基因的报道。

本领域中，有应用ABA类似物进行喷施、降低气孔导度、进而起到节约水分蒸腾的作用的方法。然而，长期的气孔关闭不利于气体交换，胞间CO₂浓度不足会限制碳水化合物的累积和光合效率的提高。并且，ABA类似物喷施方法成本高，需要定期处理，另需要化学合成带来潜在的环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的影响气孔控制开关基因的分子模块，其生物学功能对于提高抗旱性水稻经济产量和生物量至关重要。

本发明第一方面，提供一种NHX2、其调控因子GCD1或其上调分子的用途，用于：(a)改良植物的农艺性状，(b)制备改良植物农艺性状的制剂或组合物，或(c)制备农艺性状改良的植物；其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度；其中，所述的NHX2或GCD1包括其同源物。

在一个优选例中，所述组合物包括农用组合物。

在另一优选例中，所述的上调分子包括：与NHX2或GCD1相互作用、从而提高其表达或活性的上调分子；过表达NHX2或GCD1的表达盒或表达构建物(如表达载体)；定点突变的试剂，其能靶向于NHX2基因的选自-1212、-335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基-1212A、-335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C。

在本发明的另一方面，提供一种改良植物农艺性状或制备农艺性状改良的植物的方法，包括：在植物中提高NHX2或其调控因子GCD1的表达或活性；其中，改良的农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度；其中，所述的NHX2或GCD1包括其同源物。

在另一优选例中，所述的提高NHX2或其调控因子GCD1的表达或活性包括：以与NHX2或GCD1相互作用的调控因子进行调控，从而提高NHX2或GCD1的表达或活性；在植物中过表达NHX2或GCD1；或，以碱基定点突变试剂靶向于NHX2基因的选自-1212、-335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基-1212A、-335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C。

在另一优选例中，所述的植物选自：杨柳科(Salicaceae)、桑科(Moraceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、石松科(Lycopodiaceae)、(Selaginellaceae)、银杏科(Ginkgoaceae)、松科(Pinaceae)、苏铁科(Cycadaceae)、天南星科(Araceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、悬铃木科(Platanaceae)、榆科(Ulmaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、桦科(Betulaceae)、猕猴桃科(Actinidiaceae)、锦葵科(Malvaceae)、梧桐科(Sterculiaceae)、椴树科(Tiliaceae)、柽柳科(Tamaricaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、景天科(Crassulaceae)、苏木科(Caesalpinaceae)、蝶形花科(Fabaceae)、石榴科(Punicaceae)、珙桐科(Nyssaceae)、山茱萸科(Cornaceae)、八角枫科(Alangiaceae)、卫矛科(Celastraceae)、冬青科(Aquifoliaceae)、黄杨科(Buxaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、小盘木科(Pandaceae)、鼠李科(Rhamnaceae)、葡萄科(Vitaceae)、漆树科(Anacardiaceae)，橄榄科(Burseraceae)、桔梗科(Campanulaceae)、红树科(Rhizophoraceae)、檀香科(Santalaceae)、木犀科(Oleaceae)、玄参科(Scrophulariaceae)、禾本科(Gramineae)、露兜树科(Pandanaceae)、黑三棱科(Sparganiaceae)、水蕹科(Aponogetonaceae)、眼子菜科(Potamogetonaceae)、茨藻科(Najadaceae、冰沼草科(Scheuchzeriaceae)、泽泻科(Alismataceae)、花蔺科(Butomaceae)、水鳖科(Hydrocharitaceae)、霉草科(Triuridaceae)、莎草科(Cyperaceae)、棕榈科(槟榔科)(Palmae(Arecaceae))、天南星科(Araceae)、浮萍科(Lemnaceae)、须叶藤科(Flagellariaceae)、帚灯草科(Restionaceae)、刺鳞草科(Centrolepidaceae)、黄眼草科(Xyridaceae)、谷精草科(Eriocaulaceae)、凤梨科(Bromeliaceae)、鸭跖草科(Commelinaceae)、雨久花科(Pontederiaceae)、田葱科(Philydraceae)、灯心草科(Juncaceae)、百部科(Stemonaceae)、百合科(Liliaceae)、石蒜科(Amaryllidaceae)、蒟蒻薯科(箭根薯科)(Taccaceae)、薯蓣科(Dioscoreaceae)、鸢尾科(Iridaceae)、芭蕉科(Musaceae)、姜科(Zingiberaceae)、美人蕉科(annaceae)、竹芋科(Marantaceae)、水玉簪科(Burmanniaceae)、藜科(Chenopodiaceae)或兰科(Orchidaceae)的植物。

在另一优选例中，所述的禾本科植物选自(但不限于)：小麦、水稻、大麦、燕麦、黑麦；所述的十字花科植物包括(但不限于)：油菜、白菜、拟南芥；所述的锦葵科植物包括(但不限于)：棉花、扶桑、木槿；所述的豆科植物包括(但不限于)：大豆、苜蓿；所述的茄科植物包括(但不限于)：烟草、番茄、辣椒；所述的葫芦科植物包括(但不限于)：南瓜、西瓜、黄瓜；所述的蔷薇科植物包括(但不限于)：苹果、桃、李、海棠；所述的藜科植物包括(但不限于)：甜菜；所述的菊科植物包括(但不限于)：向日葵、莴苣、莴笋、青蒿、菊芋、甜叶菊；所述的杨柳科植物包括(但不限于)：杨树、柳树；所述的桃金娘科植物包括(但不限于)：桉树、丁子香、桃金娘；所述的大戟科植物包括(但不限于)：橡胶树、木薯、蓖麻；所述的蝶形花科植物包括(但不限于)：花生、豌豆、黄芪；或，所述的茄科植物包括(但不限于)：烟草，番茄、辣椒。

在另一优选例中，所述的植物选自下组：水稻、小麦、高粱、玉米、狗尾草、烟草、拟南芥、或其组合。

在另一优选例中，所述的水稻选自下组：籼稻、粳稻、或其组合。

在另一优选例中，所述的NHX2包括cDNA序列、基因组序列、或其组合。

在另一优选例中，所述NHX2或其同源物来自禾本科作物。

在另一优选例中，所述的NHX2或其同源物来自选自下组的一种或多种农作物：水稻、小麦、烟草、拟南芥、或其组合。

在另一优选例中，所述的调控因子GCD1或其同源物选自下组：水稻的GCD1基因(LOC4342706)、小麦(BAA10928.1)、拟南芥(CAA45356.1)、烟草(NP_001311964.1)。

在另一优选例中，所述的GCD1的多肽的氨基酸序列选自下组：

(i)具有SEQ ID NO:4所示氨基酸序列的多肽；

(ii)将如SEQ ID NO:4所示的氨基酸序列经过一个或几个(如1-10个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，具有所述调控农艺性状功能的、由(i)衍生的多肽；或

(iii)氨基酸序列与SEQ ID NO:4所示氨基酸序列的同源性≥90％(较佳地≥95％，更佳地≥98％)，具有所述调控农艺性状功能的多肽。

在另一优选例中，GCD1基因的核苷酸序列选自下组：(a)编码如SEQ ID NO:5所示多肽的多核苷酸；(b)序列如SEQ ID NO:5所示的多核苷酸；(c)核苷酸序列与SEQ ID NO:5所示序列的同源性≥90％(较佳地≥95％，更佳地≥98％或≥99％)的多核苷酸；(d)在SEQID NO:5所示多核苷酸的5’端和/或3’端截短或添加1-60个(较佳地1-30，更佳地1-10个)核苷酸的多核苷酸；或(e)与(a)-(d)任一所述的多核苷酸互补的多核苷酸。

在另一优选例中，NHX2多肽的氨基酸序列选自下组：(i)具有SEQ ID NO:1所示氨基酸序列的多肽；(ii)将如SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列经过一个或几个(如1-10个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，具有所述调控农艺性状功能的、由(i)衍生的多肽；或(iii)氨基酸序列与SEQ ID NO:1所示氨基酸序列的同源性≥90％(较佳地≥95％，更佳地≥98％)，具有所述调控农艺性状功能的多肽。

在另一优选例中，NHX2基因的核苷酸序列选自下组：(a)编码如SEQ ID NO:1所示多肽的多核苷酸；(b)序列如SEQ ID NO:2所示的多核苷酸；(c)核苷酸序列与SEQ ID NO:2所示序列的同源性≥90％(较佳地≥95％，更佳地≥98％或≥99％)的多核苷酸；(d)在SEQID NO:2所示多核苷酸的5’端和/或3’端截短或添加1-60个(较佳地1-30，更佳地1-10个)核苷酸的多核苷酸；或(e)与(a)-(d)任一所述的多核苷酸互补的多核苷酸。

在另一优选例中，所述方法在干旱条件下进行。

在另一优选例中，所述波动光指从高光照强度>1000μmolm^-2s^-1转换至低光强度50-500μmolm^-2s^-1过程。

在本发明的另一方面，提供一种植物细胞，其表达外源的NHX2或GCD1或其同源物，或其包含外源的NHX2或GCD1或其同源物的表达盒；较佳地，该表达盒包括：启动子，NHX2或GCD1或其同源物的编码基因，终止子；较佳地，该表达盒被包含在构建物或表达载体中。

在本发明的另一方面，提供分离的蛋白-核酸复合体，其包括：NHX2基因及其启动子部分，以及调控因子GCD1；两者相互作用；所述复合体中，GCD1结合于NHX2基因的启动子区。

在一个优选例中，所述的NHX2基因的启动子部分具有SEQ ID NO:3所示的核苷酸序列。

在本发明的另一方面，提供所述的复合体的用途，用于作为改良植物的农艺性状的靶点，制备农艺性状改良的植物；或用于作为筛选靶点，筛选能够改良植物农艺性状的潜在物质；其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重。

在本发明的另一方面，提供一种筛选改良植物农艺性状的调节分子的方法，所述方法包括：(1)将候选物质加入到包含所述的复合体的体系中；(2)观测所述复合体中NHX2基因及其启动子部分与调控因子GCD1的相互作用(结合)；其中，若所述候选物质促进复合体中NHX2基因及其启动子部分与调控因子GCD1的相互作用，则表明该候选物质是改良植物农艺性状的调节分子；其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重。

在一个优选例中，还包括设置对照组与测试组，以观测候选物质在测试组与对照组中的区别。

在另一优选例中，所述的候选物质包括(但不限于)：针对所述NHX2、GCD1，或它们的上游或下游蛋白设计的上调剂、激动剂、干扰分子、核酸抑制物、结合分子(如抗体或配体)，小分子化合物(如激素)等。

在另一优选例中，所述的体系选自：植物细胞体系(细胞培养物体系)、植物亚细胞体系、溶液体系、植物组织体系、植物器官体系。

在另一优选例中，所述方法还包括：对获得的潜在物质进行进一步的细胞实验和/或转基因试验，以从候选物质中进一步确定在提高改良植物农艺性状方面效果优异的物质。

在本发明的另一方面，提供一种NHX2或其调控因子GCD1的用途，用作鉴定植物的农艺性状的分子标记物；所述农艺性状包括：(i)波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)叶片水分利用效率；(iii)干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)干旱条件下单株产量；(v)干旱条件下生物量或产量；(vi)干旱条件下株高；(vii)干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度。

在本发明的另一方面，提供一种定向选择农艺性状改良的植物的方法，所述方法包括：鉴定测试植物体内所述的复合体，若该测试植物中所述复合体的相互作用(结合)高于(显著高于，如高20％以上、40％以上、60％以上、100％以上或更高)该类植物中该复合体相互作用的平均值，则其为农艺性状改良的植物；其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1显示了两年两地的气孔关闭速率(τ_cl)的全基因组关联分析结果。A和B分别表示北京和上海两地的曼哈顿图和QQ图；C图表示重叠区的候选基因；D图表示最高SNP附近的在最高SNP峰值(7m28164743)上下游50KB内的候选基因列表差异表达分析。结果表明只有NHX2基因在极端气孔反应水稻材料中表现差异。

图2显示了利用近等基因系和CRISPR敲除NHX2基因功能分析。A图表示近等基因系父母本的气孔关闭速度在Minicore水稻群体中的分布；B图表示利用明恢63做母本，在回交第6代自交2代的品系S464种植在中等干旱下的田间表型；C表型在2个品系中NHX2基因的表达和气孔关闭速度差异比较。D表示利用CRISPR敲除NHX2基因的突变位置信息。突变位置发生是第6个外显子上，导致第214个氨基酸突变；E和F图是干旱和正常条件下CRISPR敲除品系(中花11背景)和野生型中花11水稻的表型及气孔关闭速度比较。结果表明无论是NHX2基因代换系还是CRISPR敲除品系都表明NHX2基因表达与气孔关闭速度直接相关。

图3显示了NHX2同源基因的拟南芥突变体材料(SALK_039611)干旱下气孔及钠离子外流速度分析。A图表示不同对照和突变体在正常和干旱条件下的表型；B图表示气孔导度由高光转换成低光下的动态；C-D图分别表示由高光转换到低光下不同拟南芥的热红外成像和叶片温度变化趋势；E图表示利用微电极技术测定保卫细胞周围高低光转换过程的钠离子流速特征。

图4显示了NHX2基因单倍型分析。A图表示周围SNP变异与气孔关闭速度的相关性；B-C图表示NHX2基因结构和显著SNP的相关性分析。D图表示不同SNP变异引起NHX2氨基酸序列的变化；E图表示不同单倍型类型中不同水稻亚群体的分布；F图表示不同单倍型间气孔关闭速度比较分析。

图5显示了NHX2基因启动子区的G-box调控元件的序列差异及转录因子功能验证。A图表示三种单倍型中2个显著SNP相关的G-box序列差异。B图表型3中单倍型间气孔关闭速度与NHX2基因表达的相关性；C图表示不同公共数据库(NISTE-PL)和(PlantPAN2.0)数据库预测出的重叠转录因子信息；D图表示EMSA试验证明由GCD1(Os07g10890)调控的不同类型G-box的亲和能力分析。E和F图表示35S强启动子诱导的GCD1基因的过量表达转基因株系中GCD1和NHX2基因表达情况。

图6显示了35S过量表达GCD1生长在中等干旱胁迫下气孔及其他生理学参数的变化。A图表示野生型中花11与其他过量表达纯合品系的田间表现；B图表示气孔导度随着波动光处理的变化速度差异。C图表示干旱下气孔关闭速度驱动下光合速率、气孔导度、水分利用率及其他农艺性状的差异包括分蘖数、株高、地上生物量和单株粒重的差异百分比。

具体实施方式

经过广泛而深入的研究，本发明人通过对大量的植物农艺性状位点的研究和筛选，首次意外地发现了一种NHX2(Proton-Sodium Antiporter2)基因，其所编码的蛋白为钠氢反向转运子，可将钠离子从保卫细胞中运输到液泡中。当提高NHX2基因，或其蛋白的表达或其调控蛋白GCD1时，可显著改善植物的农艺性状，包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度；。此外，进一步实验还发现，将NHX2基因的选自-1212、-335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基-1212A、-335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C，还可显著提高植物的气孔关闭速度(τ_cl)。在此基础上完成了本发明。

基因、多肽、构建体及植物

如本文所用，所述的“植物”是存在本发明所主张的机制的植物，也即所述的植物中存在NHX2或其同源物，或存在GCD1或其同源物；较佳地还存在它们之间的相互作用机制。较佳地，所述的“植物”包括(但不仅限于)：杨柳科(Salicaceae)、桑科(Moraceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、石松科(Lycopodiaceae)、(Selaginellaceae)、银杏科(Ginkgoaceae)、松科(Pinaceae)、苏铁科(Cycadaceae)、天南星科(Araceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、悬铃木科(Platanaceae)、榆科(Ulmaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、桦科(Betulaceae)、猕猴桃科(Actinidiaceae)、锦葵科(Malvaceae)、梧桐科(Sterculiaceae)、椴树科(Tiliaceae)、柽柳科(Tamaricaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、景天科(Crassulaceae)、苏木科(Caesalpinaceae)、蝶形花科(Fabaceae)、石榴科(Punicaceae)、珙桐科(Nyssaceae)、山茱萸科(Cornaceae)、八角枫科(Alangiaceae)、卫矛科(Celastraceae)、冬青科(Aquifoliaceae)、黄杨科(Buxaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、小盘木科(Pandaceae)、鼠李科(Rhamnaceae)、葡萄科(Vitaceae)、漆树科(Anacardiaceae)，橄榄科(Burseraceae)、桔梗科(Campanulaceae)、红树科(Rhizophoraceae)、檀香科(Santalaceae)、木犀科(Oleaceae)、玄参科(Scrophulariaceae)、禾本科(Gramineae)、露兜树科(Pandanaceae)、黑三棱科(Sparganiaceae)、水蕹科(Aponogetonaceae)、眼子菜科(Potamogetonaceae)、茨藻科(Najadaceae、冰沼草科(Scheuchzeriaceae)、泽泻科(Alismataceae)、花蔺科(Butomaceae)、水鳖科(Hydrocharitaceae)、霉草科(Triuridaceae)、莎草科(Cyperaceae)、棕榈科(槟榔科)(Palmae(Arecaceae))、天南星科(Araceae)、浮萍科(Lemnaceae)、须叶藤科(Flagellariaceae)、帚灯草科(Restionaceae)、刺鳞草科(Centrolepidaceae)、黄眼草科(Xyridaceae)、谷精草科(Eriocaulaceae)、凤梨科(Bromeliaceae)、鸭跖草科(Commelinaceae)、雨久花科(Pontederiaceae)、田葱科(Philydraceae)、灯心草科(Juncaceae)、百部科(Stemonaceae)、百合科(Liliaceae)、石蒜科(Amaryllidaceae)、蒟蒻薯科(箭根薯科)(Taccaceae)、薯蓣科(Dioscoreaceae)、鸢尾科(Iridaceae)、芭蕉科(Musaceae)、姜科(Zingiberaceae)、美人蕉科(annaceae)、竹芋科(Marantaceae)、水玉簪科(Burmanniaceae)、藜科(Chenopodiaceae)或兰科(Orchidaceae)的植物。更佳地，所述的植物可以是：禾本科植物，如禾本科稻属植物(如水稻)，禾本科小麦属植物(如小麦)，禾本科玉米属植物(如玉米)等。

本发明还包括NHX2或GCD1的片段、衍生物和类似物。如本文所用，术语“片段”、“衍生物”和“类似物”是指基本上保持本发明的NHX2或GCD1相同的生物学功能或活性的多肽。本发明的多肽片段、衍生物或类似物可以是(i)有一个或多个保守或非保守性氨基酸残基(优选保守性氨基酸残基)被取代的多肽，而这样的取代的氨基酸残基可以是也可以不是由遗传密码编码的，或(ii)在一个或多个氨基酸残基中具有取代基团的多肽，或(iii)附加的氨基酸序列融合到此多肽序列而形成的多肽(如前导序列或分泌序列或用来纯化此多肽的序列或蛋白原序列，或融合蛋白)。根据本文的定义这些片段、衍生物和类似物属于本领域熟练技术人员公知的范围。

任何一种NHX2或GCD1的生物活性片段都可以应用到本发明中。在这里，NHX2或GCD1的生物活性片段的含义是指作为一种多肽，其仍然能保持全长的NHX2或GCD1的全部或部分功能。通常情况下，所述的生物活性片段至少保持50％的全长NHX2或GCD1的活性。在更优选的条件下，所述活性片段能够保持全长NHX2或GCD1的60％、70％、80％、90％、95％、99％、或100％的活性。

在本发明中，NHX2或GCD1还包括具有与NHX2或GCD1相同功能的、SEQ ID NO:1或4序列的变异形式。这些变异形式包括(但并不限于)：若干个(通常为1-50个，较佳地1-30个，更佳地1-20个，最佳地1-10个，还更佳如1-8个、1-5个)氨基酸的缺失、插入和/或取代，以及在C末端和/或N末端(特别是N末端)添加或缺失一个或数个(通常为1-50个，较佳地1-30个，更佳地1-20个，最佳地1-10个，还更佳如1-8个、1-5个)氨基酸。例如，在本领域中，用性能相近或相似的氨基酸进行取代时，通常不会改变蛋白质的功能。又比如，在C末端和/或N末端(特别是N末端)添加或缺失一个或数个氨基酸通常也不会改变蛋白质的功能。该术语还包括NHX2或GCD1的活性片段和活性衍生物。

任何与所述的NHX2或GCD1同源性高(比如与SEQ ID NO:1或4所示的序列的同源性为80％或更高；优选的，同源性为85％或更高；更优选的，同源性为90％或更高，如同源性95％，98％或99％)的、且具有NHX2或GCD1相同功能的蛋白也包括在本发明内。

应理解，虽然本发明的NHX2或GCD1优选获自水稻，但是获自其它植物的与水稻中NHX2或GCD1高度同源(如具有60％以上，如70％、75％、80％、85％、90％、95％、甚至98％序列相同性)的其它多肽也在本发明考虑的范围之内，这些多肽也称为NHX2或GCD1的“同源物”。比对序列相同性的方法和工具也是本领域周知的，例如BLAST。

本发明还涉及编码本发明NHX2或GCD1或其保守性变异多肽的多核苷酸序列。所述的多核苷酸可以是DNA形式或RNA形式。DNA形式包括cDNA、基因组DNA或人工合成的DNA。DNA可以是单链的或是双链的。DNA可以是编码链或非编码链。编码成熟多肽的编码区序列可以与SEQ ID NO:2或5所示的编码区序列相同或者是简并的变异体。如本文所用，“简并的变异体”在本发明中是指编码具有SEQ ID NO:1或4的蛋白质，但与SEQ ID NO:2或5所示的编码区序列有差别的核酸序列。

编码SEQ ID NO:1或4的成熟多肽的多核苷酸包括：只编码成熟多肽的编码序列；成熟多肽的编码序列和各种附加编码序列；成熟多肽的编码序列(和任选的附加编码序列)以及非编码序列。

术语“编码多肽的多核苷酸”可以是包括编码所述多肽的多核苷酸，也可以是还包括附加编码和/或非编码序列的多核苷酸。

本发明还涉及上述多核苷酸的变异体，其编码与本发明有相同的氨基酸序列的多肽或多肽的片段、类似物和衍生物。此多核苷酸的变异体可以是天然发生的等位变异体或非天然发生的变异体。这些核苷酸变异体包括取代变异体、缺失变异体和插入变异体。如本领域所知的，等位变异体是一个多核苷酸的替换形式，它可能是一个或多个核苷酸的取代、缺失或插入，但不会从实质上改变其编码的多肽的功能。

本发明也涉及包含所述的多核苷酸的载体，以及用所述的载体或NHX2或GCD1编码序列经基因工程产生的宿主细胞。

用重组DNA转化宿主细胞可用本领域技术人员熟知的常规技术进行。转化植物可使用农杆菌转化或基因枪转化等方法，例如喷洒法、叶盘法、水稻幼胚转化法等。

改良植物的方法及应用

本发明还提供了一种改良植物的方法，该方法包括提高植物中NHX2或GCD1的表达。所述的改良植物包括：(i)提高波动光下气孔开关速度(τ_cl)；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度。在得知了所述的NHX2或GCD1的功能后，可以采用本领域人员熟知的多种方法来提高所述的NHX2或GCD1的表达。比如可通过本领域人员已知的途径将携带NHX2或GCD1基因的表达单位(比如表达载体或病毒等)递送到靶点上，并使之表达活性的NHX2或GCD1。

优选的，提供了一种制备转基因植物的方法，包括：(1)将外源的NHX2或GCD1的编码多核苷酸转入植物组织、器官或组织，获得转化入NHX2或GCD1的编码多核苷酸的植物组织、器官或种子；和(2)将步骤(1)获得的转入了外源NHX2或GCD1的编码多核苷酸的植物组织、器官或种子再生成植物植株。

其它增加NHX2或GCD1基因或其同源基因表达的方法是本领域周知的。例如，可通过用强启动子驱动从而增强NHX2或GCD1基因或其同源基因的表达。或者通过增强子(如水稻waxy基因第一内含子、Actin基因第一内含子等)来增强该NHX2或GCD1基因的表达。适用于本发明方法的强启动子包括但不限于：35s启动子，水稻、玉米的Ubi启动子等。

可采用任何适当的常规手段，包括试剂、温度、压力条件等来实施所述的方法。

此外，本发明还涉及利用NHX2或GCD1或其编码基因作为一种基因转化植株后代的追踪标记。本发明还涉及利用NHX2或GCD1或其编码基因作为一种分子标记，通过检测植物中NHX2或GCD1的表达情况，鉴定植物的农艺性状。在对待测植物进行评估时，可通过测定NHX2或GCD1的表达量或mRNA量，了解待测植物中的表达或mRNA量是否高于此类植物的平均值，若是显著高，则其具有改良的农艺性状。

在得知了本发明的分子机制以及参与该分子机制的基因或蛋白以后，可基于该新发现来筛选能够用于改良植物农艺性状的物质。

本发明提供了一种筛选能够用于改良植物农艺性状的物质的方法，包括：(1)将候选物质加入到包含复合体的体系中，该复合体是NHX2基因及其启动子部分以及调控因子GCD1的复合体；(2)观测所述复合体中NHX2基因及其启动子部分与调控因子GCD1的相互作用；其中，若所述候选物质促进复合体中NHX2基因及其启动子部分与调控因子GCD1的相互作用，则表明该候选物质是潜在的改良植物农艺性状的调节分子。

以蛋白或其上特定的区域作为靶点，来筛选作用于该靶点的物质的方法是本领域人员所熟知的，这些方法均可用于本发明。所述的候选物质可以选自：肽、聚合肽、拟肽、非肽化合物、碳水化合物、脂、抗体或抗体片段、配体、有机小分子、无机小分子和核酸序列等。根据待筛选的物质的种类，本领域人员清楚如何选择适用的筛选方法。

在本发明中，检测蛋白与蛋白之间相互作用以及相互作用的强弱可采用多种本领域技术人员熟知的技术，比如GST沉降技术(GST-Pull Down)、双分子荧光互补实验、酵母双杂交系统或免疫共沉淀技术等。

本发明的主要优点包括：

(1)本发明首次筛选到一种NHX2基因，该基因编码一个钠氢反向运输子，及其上游转录因子EmBP1，可编码保卫细胞动态变化基因(GCD1)，可调节由高光到低光转化过程中气孔关闭速度进而影响抗旱性。

(2)本发明首次发现，提高NHX2基因或其蛋白的表达(尤其是在干旱下)，可显著改善植物的农艺性状，比如，提高气孔关闭速度(τ_cl)、增加生物量、增加分蘖数、提高单株产量、增加株高等。

(3)本发明首次发现，将NHX2基因的选自-1212、-335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基-1212A、-335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C，可显著提高植物的气孔关闭速度(τ_cl)。

(4)本发明首次发现，提高NHX2基因或其调控蛋白GCD1表达，均可显著提高保卫细胞钠离子由高光到低光转化过程中的外流速度。

(5)与有应用ABA类似物进行喷施、降低气孔导度、进而起到节约水分蒸腾的作用的方法相比，本发明的方法可以有效地通过动态调节气孔开关，来同时优化水分利用效率和光合效率的作用，达到提高干旱条件下经济产量的目的。

(6)本发明的技术方案，通过基因工程手段，可一直保持气孔较好的调节能力，适应干旱胁迫条件，而在不影响正常条件下的生长发育。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件如J.萨姆布鲁克等编著，分子克隆实验指南，第三版，科学出版社，2002中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。

通用方法

1.气孔关闭速度τ_cl的测定

全基因组关联分析中，以minicore水稻小核心自然群体为材料，该群体包含198个水稻品系或品种(购自美国农业部种质资源库，USDA-Genetic Stocks Oryza)，来源于全球97个国家。试验在中国科学院遗传发育研究所水稻培育展开，2013年5月中旬播种，该群体生长在自然光照的盆栽条件下，每周浇水2次。播种后60天开始进行光合测定。为消除日间气温对光合测定的影响，测定前，将材料提前移入人工气候室，室温控制在27℃，光照强度维持在600PPFD左右，进行光照适应半个小时。测定时，采用4台便携式光合仪(LICOR-6400XT)同时进行。叶室温度为25℃，光照强度为首先为1500PPFD，CO₂为400ppm，处理10分钟后，将光照强度转换为100PPFD，连续记录数据点，并利用指数拟合计算气孔开始关闭到稳态过程所需一半的时间。每个品系为4次生物学重复。

2.全基因组关联分析和候选基因筛选

经过质量控制和SNP过滤，共获得2.3M SNPs来用于全基因组关联分析(GWAS)。GWAS是由GEMAA软件(Zhou和Stephens，2012)来实现，采用混合线性模型算法进行相关性分析。经200次随机抽样，然后界定关联分析的显著性阈值(P值＝6)，随后采用GCTA开源软件(Jian Yang昆士兰大学，http://cnsgenomics.com/software/gcta/index.html)，计算最高SNP峰值(7m16911835)的连锁不平衡距离。曼哈顿和QQ图均由开源软件R(R3.2.1GUI1.66Mavericks build)完成。

为深入挖掘候选基因，选取了极端表型τ_cl的高低各6个品系，测定了最高SNP附近的12个候选基因。

选取出苗后5周的水稻叶片，样品用液氮保存。RNA提取用TRIzol Plus RNA纯化试剂盒(英潍捷基生命技术公司)，根据说明书的标准流程进行操作。反转录cDNA采用SuperScript VILO cDNA反转录试剂盒(英潍捷基生命技术公司)。2ug的总RNA用于反转录cDNA。定量PCR采用SYBR Green PCR反应体系(美国应用生物系统公司)和ABI定量PCR仪器(StepOnePlus)实现。扩增反应程序为：95℃10s，55℃20s，72℃20s。管家基因为actin。三次生物学重复和三次技术重复。新开发的引物序列如表1。

表1、定量PCR的引物序列表

3.CRISPR-CAS9载体系统的构建

经过密码子优化的hSpCas9与玉米的ubiquitin启动子(UBI)共连到pCAMBIA1300双元载体(购自NTCC典型培养物保藏中心-Biovector质粒载体菌种细胞蛋白抗体基因保藏中心)上。该载体骨架含有潮霉素筛选标记(HPT)。引物筛选序列为：F，AGCTGCGCCGATGGTTTCTACAA(SEQ ID NO:32)；R，ATCGCCTCGCTCCAGTCAATG(SEQ ID NO:33)。为构建完整的CRISPR/Cas9双元载体pBGK032，需额外引入OsU6启动子，选择标记基因ccdB，带有BsaI的限制性酶切位点和来源于pX260的sgRNA序列。识别sdg基因CDS区的特异性序列通过人工合成完成。最后，将10ng的消化后的pBGK032载体和0.05mM oligo结合子连接，10μl反应体系。测序确认没有发生碱基突变后，然后进行下一步操作，包括大肠杆菌表达质粒、根癌农杆菌介导的水稻转化和愈伤组织再生系统。

4.35S基因过量表达系统的构建

利用pCMABIA1301载体骨架(Youbio，China，VT1842)，该载体包含GFP标签蛋白，以及潮霉素抗性基因。从水稻基因组中扩增GCD1(OsGCD1)基因，并利用BamHI和SacI两个酶切位点，连接到载体上。测序确认没有发生碱基突变后，然后进行下一步操作，包括大肠杆菌表达质粒、根癌农杆菌介导的水稻转化和愈伤组织再生系统。

5.农杆菌介导的转基因和突变体检测

构建好的CRISPR/Cas9和amiRNA质粒通过热激法，在根癌农杆菌菌株EHA105(购自NTCC典型培养物保藏中心-Biovector质粒载体菌种细胞蛋白抗体基因保藏中心)中表达。转化受体的选择一般为野生型水稻(中花11)(购自上海光明种业有限公司)种子成熟胚诱导愈伤组织，经过诱导培养基增减2周后将胚芽剪下，继续培养1周，挑选生长旺盛的愈伤用作转化的受体。采用农杆菌介导的遗传转化方法(Hiei et al.1994)，将含有上述两种质粒载体的EHA105菌株侵染水稻愈伤，在黑暗、25℃条件下共培养3天后，在含有120mg/L G418的筛选培养基上培养。筛选抗性愈伤在含有120mg/L预分化培养基上培养10天左右。将预分化的愈伤转至分化培养基上在光照条件下培养。一个月左右得到抗性转基因植株。

6.EMSA凝胶迁移试验

从A4007和M4117水稻品系中扩增180～200bp的DNA片段，PCR正向引物带有cy5荧光探针序列为：Cy5-TCAAATATAGCCTGCATTGTTAA(SEQ ID NO:34)；反向引物：GTAGGATATGGGGTGTGTTTGCCA(SEQ ID NO:35)。结合溶液包括1nM Cy5-标记的DNA样本，不同浓度的GCD1蛋白，镍柱蛋白纯化步骤参考He and Mi 2016，4℃孵育1个小时，反应体系包括10mM的Tris–HCl(pH 8.0)，0.1mg/ml BSA，50μM ZnCl2，100mM KCl，10％甘油，0.1％NP-40，和2mMβ-巯基乙醇。凝胶迁移试验在4％的非变性胶中进行，溶液为1×Tris-glycine溶液(pH 8.3)，4℃在200V电压下运行15分钟。然后用Starion FLA-9000(FujiFlim，Japan)进行成像分析。

实施例1、气孔开关表型全基因组关联分析(GWAS)及基因初步筛选

利用217份来自全球97个国家的水稻自然小核心群体(Minicore)，通过多年多点试验，来调查2个地点(北京和上海)种植的水稻的气孔关闭速度(τ_cl)，并利用2.3M过滤后的全基因组覆盖的SNPs进行关联分析，获得τ_cl的曼哈顿图(图1A和图1B)。最高SNP峰值(7m28164743)位于第七号染色体上P值为3.1E-08。利用GCTA软件计算最高SNP峰值的连锁不平衡距离(LD＝50KB)。在该峰值上下游50KB附近，共发现有12个候选基因(图1C)。选取极端τ_cl表型的高低各6份材料，通过qPCR分析12个候选基因在极端表型个体材料中的表达差异(表2和图1)。结果表明，NHX2(OsNHX)基因呈现最显著差异(pair-wise t-test，P值＝0.002)。

表2、候选基因的表达水平在不同极端材料中的差异分析

实施例2、候选基因的功能验证

明恢63(MR63)和02428在Minicore自然群体中气孔关闭速度存在极端差异(图2A)。通过利用明恢63作为母本，用02428作为父本，连续回交6代自交2代后，种植在干旱条件下，称为S464，发现其表现更好的抗旱性(图2B)。对2个品系中NHX2基因的表达和气孔关闭速度进行比较，NHX2基因的表达越高，气孔关闭时间越短(图2C)，对于水分保持和抗旱性更为有利。

本发明人还发现，利用CRISPR敲除NHX2基因的第6个外显子，即造成第214个氨基酸突变后(图2D)，命名为nhx2，该敲除材料表现较差的抗旱性(图2E-F)，说明NHX2基因与气孔关闭速度存在直接的联系。

实施例3、拟南芥中同源基因的深入功能解析

为了证明NHX2基因在气孔保卫细胞中运输钠离子的能力，本发明人利用拟南芥的同源基因突变体(SALK_039611)进行验证。与野生型相比，拟南芥突变体表现出更差的抗旱性(图3A)，由高光到低光转换过程中，气孔导度关闭速度降低30％(图3B)。由高光到低光转换过程中，突变体的热成像数据显示了叶片温度降低更快，说明气孔关闭更慢(图3C-D)。

本发明人还通过微电极试验证明了气孔保卫细胞在高光转换到低光过程中释放的钠离子在突变体中表现为释放速度更慢(图3E)。这也证明了拟南芥突变体NHX2在高光-低光转换过程中不能有效释放钠离子，气孔关闭更慢，因此不利于水分保持和抗旱性。因此，拟南芥的AtNHX2基因与水稻中同源基因NHX2呈现基本上相同的功能。

实施例4、NHX2的序列变异分析及转录因子功能验证

对水稻NHX2基因的SNP变异信息进行分析发现，存在7个显著的SNP与气孔关闭速度有关，其中2个位于启动子区，而5个位于CDS的外显子区(图4A)。并且7个SNP表现出较强的共连锁关系(图4B-C)。通过序列分析发现共有3个单倍型，CDS区的SNP变化可导致各种氨基酸序列的变化(图4D)。不同单倍型间分布包含各种亚群体，其中单倍型II和单倍型III数量最少，然而差异最大，分别包含IND和TRJ(图4E-F)。说明单倍型II和III的差别最大。而序列差异在启动子区主要由第2个位点导致的(图4E-F)。单倍型III的气孔关闭速度最快，其抗旱性相对优于单倍型I和单倍型II。三种单倍型的抗旱能力为：单倍型III>单倍型I>单倍型II。

研究还发现了启动子区2个显著SNP分别靠近和位于2个G-box的调控元件上(图5A)。不同单倍型间由SNP变异引起的基因表达差异与气孔关闭速度高度相关(图5B)。本发明人通过比较2个公共数据库预测转录因子网站(NISTE-PL和PlantPAN2.0)，寻找公共预测的转录因子，结果表明只有GCD1可解释单倍型II和单倍型III的差别(图5C)。凝胶迁移试验验证了GCD1可以特异性结合G-box“CACTGT”而结合“cgcgtg”能力较弱(图5D)。同时35S过量表达GCD结果也说明NHX2基因上调接近10倍(图5D)。

GCD1过量表达水稻株系(图5E-F)中表现更好的抗旱性(图6A)，更快的气孔关闭速度(图6B)，同时可以提高干旱条件下的光合速率、气孔导度和水分利用率，以及形态学性状包括分蘖数、株高、地上生物量和单株粒重(图6C)，呈现分蘖数显著增加，株高显著增高，地上生物量显著增加，单株粒重显著增加。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

序列表

<110> 中国科学院上海生命科学研究院

<120> 一种NHX2-GCD1双基因或其蛋白的应用

<130> 190938

<160> 35

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 535

<212> PRT

<213> Oryza sativa

<400> 1

Met Gly Met Glu Val Ala Ala Ala Arg Leu Gly Ala Leu Tyr Thr Thr

1 5 10 15

Ser Asp Tyr Ala Ser Val Val Ser Ile Asn Leu Phe Val Ala Leu Leu

20 25 30

Cys Ala Cys Ile Val Leu Gly His Leu Leu Glu Glu Asn Arg Trp Val

35 40 45

Asn Glu Ser Ile Thr Ala Leu Ile Ile Gly Leu Cys Thr Gly Val Val

50 55 60

Ile Leu Leu Met Thr Lys Gly Lys Ser Ser His Leu Phe Val Phe Ser

65 70 75 80

Glu Asp Leu Phe Phe Ile Tyr Leu Leu Pro Pro Ile Ile Phe Asn Ala

85 90 95

Gly Phe Gln Val Lys Lys Lys Gln Phe Phe Arg Asn Phe Met Thr Ile

100 105 110

Thr Leu Phe Gly Ala Val Gly Thr Met Ile Ser Phe Phe Thr Ile Ser

115 120 125

Ile Ala Ala Ile Ala Ile Phe Ser Arg Met Asn Ile Gly Thr Leu Asp

130 135 140

Val Gly Asp Phe Leu Ala Ile Gly Ala Ile Phe Ser Ala Thr Asp Ser

145 150 155 160

Val Cys Thr Leu Gln Val Leu Asn Gln Asp Glu Thr Pro Phe Leu Tyr

165 170 175

Ser Leu Val Phe Gly Glu Gly Val Val Asn Asp Ala Thr Ser Ile Val

180 185 190

Leu Phe Asn Ala Leu Gln Asn Phe Asp Leu Val His Ile Asp Ala Ala

195 200 205

Val Val Leu Lys Phe Leu Gly Asn Phe Phe Tyr Leu Phe Leu Ser Ser

210 215 220

Thr Phe Leu Gly Val Phe Ala Gly Leu Leu Ser Ala Tyr Ile Ile Lys

225 230 235 240

Lys Leu Tyr Ile Gly Arg His Ser Thr Asp Arg Glu Val Ala Leu Met

245 250 255

Met Leu Met Ala Tyr Leu Ser Tyr Met Leu Ala Glu Leu Leu Asp Leu

260 265 270

Ser Gly Ile Leu Thr Val Phe Phe Cys Gly Ile Val Met Ser His Tyr

275 280 285

Thr Trp His Asn Val Thr Glu Ser Ser Arg Val Thr Thr Lys His Ala

290 295 300

Phe Ala Thr Leu Ser Phe Ile Ala Glu Thr Phe Leu Phe Leu Tyr Val

305 310 315 320

Gly Met Asp Ala Leu Asp Ile Glu Lys Trp Glu Phe Ala Ser Asp Arg

325 330 335

Pro Gly Lys Ser Ile Gly Ile Ser Ser Ile Leu Leu Gly Leu Val Leu

340 345 350

Ile Gly Arg Ala Ala Phe Val Phe Pro Leu Ser Phe Leu Ser Asn Leu

355 360 365

Thr Lys Lys Ala Pro Asn Glu Lys Ile Thr Trp Arg Gln Gln Val Val

370 375 380

Ile Trp Trp Ala Gly Leu Met Arg Gly Ala Val Ser Ile Ala Leu Ala

385 390 395 400

Tyr Asn Lys Phe Thr Arg Ser Gly His Thr Gln Leu His Gly Asn Ala

405 410 415

Ile Met Ile Thr Ser Thr Ile Thr Val Val Leu Phe Ser Thr Met Val

420 425 430

Phe Gly Met Met Thr Lys Pro Leu Ile Arg Leu Leu Leu Pro Ala Ser

435 440 445

Gly His Pro Val Thr Ser Glu Pro Ser Ser Pro Lys Ser Leu His Ser

450 455 460

Pro Leu Leu Thr Ser Met Gln Gly Ser Asp Leu Glu Ser Thr Thr Asn

465 470 475 480

Ile Val Arg Pro Ser Ser Leu Arg Met Leu Leu Thr Lys Pro Thr His

485 490 495

Thr Val His Tyr Tyr Trp Arg Lys Phe Asp Asp Ala Leu Met Arg Pro

500 505 510

Met Phe Gly Gly Arg Gly Phe Val Pro Phe Ser Pro Gly Ser Pro Thr

515 520 525

Glu Gln Ser His Gly Gly Arg

530 535

<210> 2

<211> 1608

<212> DNA

<213> 水稻(Oryza sativa)

<400> 2

atggggatgg aggtggcggc ggcgcggctg ggggctctgt acacgacctc cgactacgcg 60

tcggtggtgt ccatcaacct gttcgtcgcg ctgctctgcg cctgcatcgt cctcggccac 120

ctcctcgagg agaatcgctg ggtcaatgag tccatcaccg cgctcatcat cgggctctgc 180

accggcgtgg tgatcttgct gatgaccaaa gggaagagct cgcacttatt cgtcttcagt 240

gaggatctct tcttcatcta cctcctccct ccgatcatct tcaatgcagg ttttcaggta 300

aagaaaaagc aattcttccg gaatttcatg acgatcacat tatttggagc cgtcgggaca 360

atgatatcct ttttcacaat atctattgct gccattgcaa tattcagcag aatgaacatt 420

ggaacgctgg atgtaggaga ttttcttgca attggagcca tcttttctgc gacagattct 480

gtctgcacat tgcaggtcct caatcaggat gagacaccct ttttgtacag tctggtattc 540

ggtgaaggtg ttgtgaacga tgctacatca attgtgcttt tcaacgcact acagaacttt 600

gatcttgtcc acatagatgc ggctgtcgtt ctgaaattct tggggaactt cttttattta 660

tttttgtcga gcaccttcct tggagtattt gctggattgc tcagtgcata cataatcaag 720

aagctataca ttggaaggca ttctactgac cgtgaggttg cccttatgat gctcatggct 780

tacctttcat atatgctggc tgagttgcta gatttgagcg gcattctcac cgtattcttc 840

tgtggtattg taatgtcaca ttacacttgg cataacgtca cagagagttc aagagttaca 900

acaaagcacg catttgcaac tctgtccttc attgctgaga cttttctctt cctgtatgtt 960

gggatggatg cattggatat tgaaaaatgg gagtttgcca gtgacagacc tggcaaatcc 1020

attgggataa gctcaatttt gctaggattg gttctgattg gaagagctgc ttttgtattc 1080

ccgctgtcgt tcttgtcgaa cctaacaaag aaggcaccga atgaaaaaat aacctggaga 1140

cagcaagttg taatatggtg ggctgggctg atgagaggag ctgtgtcgat tgctcttgct 1200

tacaataagt ttacaagatc tggccatact cagctgcacg gcaatgcaat aatgatcacc 1260

agcaccatca ctgtcgttct ttttagcact atggtatttg ggatgatgac aaagccattg 1320

atcaggctgc tgctaccggc ctcaggccat cctgtcacct ctgagccttc atcaccaaag 1380

tccctgcatt ctcctctcct gacaagcatg caaggttctg acctcgagag tacaaccaac 1440

attgtgaggc cttccagcct ccggatgctc ctcaccaagc cgacccacac tgtccactac 1500

tactggcgca agttcgacga cgcgctgatg cgaccgatgt ttggcgggcg cgggttcgtg 1560

cccttctccc ctggatcacc aaccgagcag agccatggag gaagatga 1608

<210> 3

<211> 1995

<212> DNA

<213> 水稻(Oryza sativa)

<400> 3

tgttgcacaa ttaaccgacc agccagccac cgatcgatcg attcagatta ttttctttca 60

gctagctagc ctgcagttcg gtccatctgc tggctgtcca tttccatgca gccgatctgg 120

cttgttaatt tgctttcgac caggggatct atctactagt gcagctactg gacataataa 180

gccaggtaat cttttatgtt atacgcctgt ttgggagctt aaaattctaa gcttctctac 240

aactataact tctcagaata tggatcaaaa gctgtactgt ttggaggagc tcgtccaaac 300

agggccacta gctagtccag aggtcattct ggaacaatcc atctgcagca cggggaagta 360

tcaggtgcaa tcacctaatt cagtgcaact atgcaactct catcctacac cgttggatcg 420

agaaattgac gtccgagatt cgtccaggtc atcataactc ccagtaaatt ttaactcatg 480

agtgaatctg cgagttaaat tttaacttat ggtgacgtga acgaatcttg gatgtccatt 540

tctcgatcca acgatgtagg atgagagttg catagttgca ttgaattagg tgattacacc 600

agatacttcc cctttgtcag cactgtgtct cttctcttct gtcatgttac cctgctacag 660

tcacaaacac acaaggcaga gctactgctc tctgttggga tcagaaattc agcataactg 720

catcaagagc ttggccaaaa gagggcttag ttaaattaaa ttagcttacg gcttttaatt 780

tggttccagc cacacgtgcc agtggggcca cacgctctgt gattaccagc tagtgcatgt 840

ttctcactcg tttggagaca attaagcagt caattaatta tgtgctcgcc aaaaatcaat 900

gttgatctct aatgttctaa acacaatgat taaaatcgga aaccatgggt gtttttcttt 960

tgtttgttca atctgaagat cagtttcggc tagctatctc tgaaagaaaa agaaaaagag 1020

aaaacgaagt tcttgcttga cttgaaacgt aatcacggaa ctttcttgtg agttttggat 1080

ggctgcacga tctttctaaa tccctatcac cattcattga atcatcgata aatcacgagc 1140

aaagtgcagc acgagaagat cgatctgcag ccaaaaaaac gccagaattg aaaggacgat 1200

tggatcaatt aatggaagca tgaataatgc attttctctc ctgaatttaa tatgactcct 1260

gcagcgttca agggccaaaa taatcaagga tctaggaaca aaatgattga acgatctcaa 1320

atctgcttaa atcatgtgct ataccggtgt aaatacagtt gcatgctgtc tttttctgtt 1380

ttcgaaacac atggagctgt ctccattatt tttcaggaaa atgctctttt ttcatgtaaa 1440

tatactaagc aataatcttg aaaatattca caggagaaaa acaaaaatga tctagcataa 1500

aaaaacagag acagagagtc gtataataca cttactgctg tatttaattt ttttcaaata 1560

tagcctgcat tgttaaatta gggaaaaaaa agaaactgcc tttgaaccct agcaagcaca 1620

tgctgaatta tttccacaaa ccaaaacaga aatctgccgc atttcacgtg taaaagaaga 1680

aacaaaaccg agaaaaaaaa atcaagagcg agcatgacag catgacacag gccctcttaa 1740

accaattttg tatcgaaagt aaatttaaat ttaaacagga tggcaaacac accccatatc 1800

ctactacaaa tacgggtgga tgcagcggat ccacctggac tatccaaatt ggctgtcggg 1860

gccagatcac gctgtgcgct gggccccacc gccaaaacac cacgcaccaa acacgaccca 1920

ctaaaaatcc ctgtgcccac cccggtggga cccacctccc tcccgcttta tatacggctc 1980

atcacgaacg catcc 1995

<210> 4

<211> 388

<212> PRT

<213> 水稻(Oryza sativa)

<400> 4

Met Ala Ser Ser Ser Asp Glu Gln Pro Lys Pro Pro Glu Pro Pro Ala

1 5 10 15

Ala Ala Ala Val Ala Gly Thr Ala Val Ala Thr Ala Ala Ala Ala Val

20 25 30

Pro Thr His Ala Glu Trp Ala Ala Ser Leu Gln Ala Tyr Tyr Ala Ala

35 40 45

Ala Gly His Pro Tyr Ala Trp Pro Ala Gln His Leu Met Ala Ala Ala

50 55 60

Ala Ala Gly Ala Pro Tyr Gly Ala Pro Val Pro Phe Pro Met Tyr His

65 70 75 80

Pro Gly Ala Ala Ala Ala Tyr Tyr Ala His Ala Ser Met Ala Ala Gly

85 90 95

Val Pro Tyr Pro Thr Ala Glu Ala Met Ala Ala Ala Ala Ala Ala Ala

100 105 110

Ala Gly Ala Val Pro Glu Gly Lys Gly Lys Gly Lys Gly Ala Ala Ala

115 120 125

Ser Pro Glu Lys Gly Ser Ser Ala Ala Pro Ser Gly Asp Asp Ala Ser

130 135 140

Arg Ser Gly Asp Ser Gly Ser Glu Glu Ser Ser Asp Thr Arg Asp Asp

145 150 155 160

Asp Thr Asp His Lys Asp Ser Ser Ala Pro Lys Lys Arg Lys Ser Gly

165 170 175

Asn Thr Ser Ala Glu Gly Glu Pro Ser Gln Ala Thr Leu Val Pro Tyr

180 185 190

Ala Ala Val Glu Ser Pro Tyr Pro Leu Lys Gly Arg Ser Ala Ser Lys

195 200 205

Leu Pro Val Ser Ala Pro Gly Arg Ala Ala Leu Pro Asn Ala Thr Pro

210 215 220

Asn Leu Asn Ile Gly Ile Asp Leu Trp Ser Thr Pro Pro Ala Leu Ala

225 230 235 240

Val Pro Ala Gly Gln Gly Glu Ala Ser Pro Gly Leu Ala Leu Ala Arg

245 250 255

Arg Asp Gly Val Ala His Leu Asp Glu Arg Glu Leu Lys Arg Glu Arg

260 265 270

Arg Lys Gln Ser Asn Arg Glu Ser Ala Arg Arg Ser Arg Leu Arg Lys

275 280 285

Gln Gln Glu Cys Glu Glu Leu Ala Arg Lys Val Ala Glu Leu Thr Thr

290 295 300

Glu Asn Ser Ala Leu Arg Ser Glu Leu Asp Gln Leu Lys Lys Ala Cys

305 310 315 320

Glu Asp Met Glu Ala Glu Asn Thr Arg Leu Met Gly Asp Lys Ala Gln

325 330 335

Tyr Lys Gly Pro Thr Val Thr Thr Thr Leu Gly Met Ser Ile Asp Ser

340 345 350

Ser Lys Thr Gln His His Asp Asp Glu Gly Gln Leu His Lys Asn Thr

355 360 365

Asn Asn Asn Ser Asn Gly Asn Tyr Val Gly Gly Ser His Lys Pro Glu

370 375 380

Ala Asn Ser Arg

385

<210> 5

<211> 1167

<212> DNA

<213> 水稻(Oryza sativa)

<400> 5

atggcgtcct cgtcggacga gcagccgaag ccgccggagc cgcccgcggc ggcggcggtg 60

gcggggacgg ccgtggccac cgccgccgcg gcggtgccga cgcacgccga gtgggcggct 120

tcgctgcagg cgtactacgc cgccgcgggg cacccctacg cgtggcccgc gcagcatctg 180

atggcggcgg cggctgcggg ggcgccgtac ggcgcgccgg tgccgttccc gatgtaccac 240

ccgggcgccg ccgcggcgta ctacgcgcac gcgtccatgg ccgcgggtgt tccttacccg 300

acagctgaag ccatggcggc ggcggcggcg gcggcggcgg gggcggtgcc ggaagggaag 360

gggaagggga agggcgccgc cgcgtcgcct gagaagggaa gctccgcggc gccctctggg 420

gatgatgcat cccggagtgg tgacagtggc agcgaggagt cgtctgatac tagagatgat 480

gacactgacc acaaggattc gtctgcacct aagaaaagga aatctggtaa tacatcggca 540

gaaggtgagc cgtctcaagc tacgcttgtg ccctatgctg ctgtcgagtc accgtatccg 600

ttgaagggga ggtctgcgtc gaagcttcca gtttctgcac cagggcgggc ggcacttcct 660

aatgccacac ctaatttgaa catagggata gatctttgga gtactccccc agccttagct 720

gtgcccgcag ggcaggggga agcaagtcct gggttggcac ttgctcgacg tgatggtgtt 780

gctcacctgg atgagcgtga attgaagagg gagaggcgca aacaatctaa cagagagtct 840

gccaggagat caaggttgcg caagcagcaa gagtgtgagg aactagctcg gaaggttgct 900

gaactgacaa ctgagaacag tgcccttcgg tcagagcttg atcagcttaa gaaggcctgt 960

gaggatatgg aagcagagaa tacacgactg atgggtgata aggctcaata caagggacca 1020

actgtgacaa ccactctggg tatgagcatc gactcatcga agacgcaaca ccatgacgac 1080

gagggccagc ttcacaagaa cactaataat aacagcaacg ggaactatgt aggtggcagc 1140

cacaaaccag aggctaactc taggtga 1167

<210> 6

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 6

gttaactttg ccaccgggtt 20

<210> 7

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 7

gtccacatgg tgtgcgttta 20

<210> 8

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 8

acaaggatct ctggcagcat 20

<210> 9

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 9

taacaggctt ggctccatca 20

<210> 10

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 10

ggtgcggagt tgtgtttgat 20

<210> 11

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 11

cagtatgagg cctgtgttgc 20

<210> 12

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 12

gagagtgagc gaggagaaca 20

<210> 13

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 13

atgtactccc gcaaggtgaa 20

<210> 14

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 14

ctgtcacctc tgagccttca 20

<210> 15

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 15

ggcctcacaa tgttggttgt 20

<210> 16

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 16

gtgctggtgc cttaacttcc 20

<210> 17

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 17

cgcctgaaat gccgagatag 20

<210> 18

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 18

ccagtgctac gacaggtaca 20

<210> 19

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 19

gagaggaaga agtcgccgta 20

<210> 20

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 20

tgggccatca ctgacatctt 20

<210> 21

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 21

acctcggagt agctattggc 20

<210> 22

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 22

tcacttctgg gcatggtgat 20

<210> 23

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 23

atgtccgtct tgcttgcatc 20

<210> 24

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 24

agctcctggt tgaagagcat 20

<210> 25

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 25

gagtcccgca tccaatttcc 20

<210> 26

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 26

gcagacctgc tagccataga 20

<210> 27

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 27

catggctcca taaccctcca 20

<210> 28

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 28

atccgacgtt cctctctgac 20

<210> 29

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 29

gatcttgcct gctgccttac 20

<210> 30

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 30

ctaagcaggc gagcatcttc 20

<210> 31

<211> 20

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 31

gccttgatga aacgggactc 20

<210> 32

<211> 23

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 32

agctgcgccg atggtttcta caa 23

<210> 33

<211> 21

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 33

atcgcctcgc tccagtcaat g 21

<210> 34

<211> 23

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 34

tcaaatatag cctgcattgt taa 23

<210> 35

<211> 24

<212> DNA

<213> 引物(Primer)

<400> 35

gtaggatatg gggtgtgttt gcca 24

Claims

1.一种NHX2、其调控因子GCD1或其上调分子的用途，其特征在于，用于：

(a)改良植物的农艺性状，

(b)制备改良植物农艺性状的制剂或组合物，或

(c)制备农艺性状改良的植物；

其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度；

其中，所述的NHX2或GCD1包括其同源物。

2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的上调分子包括：

与NHX2或GCD1相互作用、从而提高其表达或活性的上调分子；

过表达NHX2或GCD1的表达盒或表达构建物；或

定点突变的试剂，其能靶向于NHX2基因的选自-1212、-335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基-1212A、-335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C。

3.一种改良植物农艺性状或制备农艺性状改良的植物的方法，其特征在于，包括：在植物中提高NHX2或其调控因子GCD1的表达或活性；

其中，改良的农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度；

其中，所述的NHX2或GCD1包括其同源物。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的提高NHX2或其调控因子GCD1的表达或活性包括：

以与NHX2或GCD1相互作用的调控因子进行调控，从而提高NHX2或GCD1的表达或活性；

在植物中过表达NHX2或GCD1；或

以碱基定点突变试剂靶向于NHX2基因的选自-1212、-335、+331、+483、+652、+3120、+3516位的碱基，突变为碱基-1212A、-335A、+331C、+483T、+652C、+3120C或+3516C。

5.如权利要求1～4任一所述，其特征在于，所述的植物选自：杨柳科(Salicaceae)、桑科(Moraceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、石松科(Lycopodiaceae)、(Selaginellaceae)、银杏科(Ginkgoaceae)、松科(Pinaceae)、苏铁科(Cycadaceae)、天南星科(Araceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、悬铃木科(Platanaceae)、榆科(Ulmaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、桦科(Betulaceae)、猕猴桃科(Actinidiaceae)、锦葵科(Malvaceae)、梧桐科(Sterculiaceae)、椴树科(Tiliaceae)、柽柳科(Tamaricaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、景天科(Crassulaceae)、苏木科(Caesalpinaceae)、蝶形花科(Fabaceae)、石榴科(Punicaceae)、珙桐科(Nyssaceae)、山茱萸科(Cornaceae)、八角枫科(Alangiaceae)、卫矛科(Celastraceae)、冬青科(Aquifoliaceae)、黄杨科(Buxaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、小盘木科(Pandaceae)、鼠李科(Rhamnaceae)、葡萄科(Vitaceae)、漆树科(Anacardiaceae)，橄榄科(Burseraceae)、桔梗科(Campanulaceae)、红树科(Rhizophoraceae)、檀香科(Santalaceae)、木犀科(Oleaceae)、玄参科(Scrophulariaceae)、禾本科(Gramineae)、露兜树科(Pandanaceae)、黑三棱科(Sparganiaceae)、水蕹科(Aponogetonaceae)、眼子菜科(Potamogetonaceae)、茨藻科(Najadaceae、冰沼草科(Scheuchzeriaceae)、泽泻科(Alismataceae)、花蔺科(Butomaceae)、水鳖科(Hydrocharitaceae)、霉草科(Triuridaceae)、莎草科(Cyperaceae)、棕榈科(槟榔科)(Palmae(Arecaceae))、天南星科(Araceae)、浮萍科(Lemnaceae)、须叶藤科(Flagellariaceae)、帚灯草科(Restionaceae)、刺鳞草科(Centrolepidaceae)、黄眼草科(Xyridaceae)、谷精草科(Eriocaulaceae)、凤梨科(Bromeliaceae)、鸭跖草科(Commelinaceae)、雨久花科(Pontederiaceae)、田葱科(Philydraceae)、灯心草科(Juncaceae)、百部科(Stemonaceae)、百合科(Liliaceae)、石蒜科(Amaryllidaceae)、蒟蒻薯科(箭根薯科)(Taccaceae)、薯蓣科(Dioscoreaceae)、鸢尾科(Iridaceae)、芭蕉科(Musaceae)、姜科(Zingiberaceae)、美人蕉科(annaceae)、竹芋科(Marantaceae)、水玉簪科(Burmanniaceae)、藜科(Chenopodiaceae)或兰科(Orchidaceae)的植物。

6.如权利要求5所述，其特征在于，所述的禾本科植物包括：小麦、水稻、大麦、燕麦、黑麦；

所述的十字花科植物包括：油菜、白菜、拟南芥；

所述的锦葵科植物包括：棉花、扶桑、木槿；

所述的豆科植物包括：大豆、苜蓿；

所述的茄科植物包括：烟草、番茄、辣椒；

所述的葫芦科植物包括：南瓜、西瓜、黄瓜；

所述的蔷薇科植物包括：苹果、桃、李、海棠；

所述的藜科植物包括：甜菜；

所述的菊科植物包括：向日葵、莴苣、莴笋、青蒿、菊芋、甜叶菊；

所述的杨柳科植物包括：杨树、柳树；

所述的桃金娘科植物包括：桉树、丁子香、桃金娘；

所述的大戟科植物包括：橡胶树、木薯、蓖麻；

所述的蝶形花科植物包括：花生、豌豆、黄芪；

所述的茄科植物包括：烟草，番茄、辣椒。

7.如权利要求1～4任一所述，其特征在于，所述的GCD1的多肽的氨基酸序列选自下组：

(i)具有SEQ ID NO:4所示氨基酸序列的多肽；

(ii)将如SEQ ID NO:4所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，具有所述调控农艺性状功能的、由(i)衍生的多肽；或

(iii)氨基酸序列与SEQ ID NO:4所示氨基酸序列的同源性≥90％，具有所述调控农艺性状功能的多肽。

8.如权利要求1～4任一所述，其特征在于，GCD1基因的核苷酸序列选自下组：

(a)编码如SEQ ID NO:5所示多肽的多核苷酸；

(b)序列如SEQ ID NO:5所示的多核苷酸；

(c)核苷酸序列与SEQ ID NO:5所示序列的同源性≥90％的多核苷酸；

(d)在SEQ ID NO:5所示多核苷酸的5’端和/或3’端截短或添加1-60个核苷酸的多核苷酸；或

(e)与(a)-(d)任一所述的多核苷酸互补的多核苷酸。

9.如权利要求1～4任一所述，其特征在于，NHX2多肽的氨基酸序列选自下组：

(i)具有SEQ ID NO:1所示氨基酸序列的多肽；

(ii)将如SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，具有所述调控农艺性状功能的、由(i)衍生的多肽；或

(iii)氨基酸序列与SEQ ID NO:1所示氨基酸序列的同源性≥90％，具有所述调控农艺性状功能的多肽。

10.如权利要求1～4任一所述，其特征在于，NHX2基因的核苷酸序列选自下组：

(a)编码如SEQ ID NO:1所示多肽的多核苷酸；

(b)序列如SEQ ID NO:2所示的多核苷酸；

(c)核苷酸序列与SEQ ID NO:2所示序列的同源性≥90％的多核苷酸；

(d)在SEQ ID NO:2所示多核苷酸的5’端和/或3’端截短或添加1-60个核苷酸的多核苷酸；或

(e)与(a)-(d)任一所述的多核苷酸互补的多核苷酸。

11.一种植物细胞，其特征在于，其表达外源的NHX2或GCD1或其同源物，或其包含外源的NHX2或GCD1或其同源物的表达盒；较佳地，该表达盒包括：启动子，NHX2或GCD1或其同源物的编码基因，终止子；较佳地，该表达盒被包含在构建物或表达载体中。

12.分离的蛋白-核酸复合体，其包括：NHX2基因及其启动子部分，以及调控因子GCD1；两者相互作用；所述复合体中，GCD1结合于NHX2基因的启动子区。

13.权利要求12所述的复合体的用途，用于作为改良植物的农艺性状的靶点，制备农艺性状改良的植物；或用于作为筛选靶点，筛选能够改良植物农艺性状的潜在物质；

其中，所述改良农艺性状包括：(i)提高波动光下气孔开关速度；(ii)提高叶片水分利用效率；(iii)提高干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)提高干旱条件下单株产量；(v)提高干旱条件下生物量或产量；(vi)提高干旱条件下株高；(vii)提高干旱条件下单株粒重。

14.一种筛选改良植物农艺性状的调节分子的方法，所述方法包括：

(1)将候选物质加入到包含权利要求12所述的复合体的体系中；

(2)观测所述复合体中NHX2基因及其启动子部分与调控因子GCD1的相互作用；其中，若所述候选物质促进复合体中NHX2基因及其启动子部分与调控因子GCD1的相互作用，则表明该候选物质是改良植物农艺性状的调节分子；

15.一种NHX2或其调控因子GCD1的用途，用作鉴定植物的农艺性状的分子标记物；所述农艺性状包括：(i)波动光下气孔开关速度；(ii)叶片水分利用效率；(iii)干旱条件下单株有效分蘖数；(iv)干旱条件下单株产量；(v)干旱条件下生物量或产量；(vi)干旱条件下株高；(vii)干旱条件下单株粒重或(viii)提高高光下保卫细胞钠离子运输速度。

16.一种定向选择农艺性状改良的植物的方法，所述方法包括：

鉴定测试植物体内权利要求12所述的复合体，若该测试植物中所述复合体的相互作用高于该类植物中该复合体相互作用的平均值，则其为农艺性状改良的植物；