[发明专利]来源于玉米自交系18-599编码多药物及毒素外排蛋白的基因序列

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，特别涉及一种来源于玉米自交系18-599编码多药物及毒素外排蛋白的基因序列。

背景技术

酸性土壤是指pH值小于5.5，矿质营养元素失衡的一类土壤，主要分布在热带、亚热带以及温带地区的发展中国家。据统计，酸性土壤大约占全世界陆地总面积的30％，占耕种总面积的50％。在我国，砖红壤、红壤、赤红壤这些典型的酸性土壤广泛分布在南方十四个省区，总面积达203万平方公里，约占全国耕地面积的21％。并且随着工业的快速发展和人类活动的加剧，土壤酸化程度还在加剧，酸化面积还在增加。在酸性土壤上，作物的生长发育受到抑制，导致产量降低，经济效益下降。酸性土壤影响作物生长发育的土壤因素主要为Al³⁺毒、Mn²⁺毒、H⁺毒害及矿质营养的匮乏。土壤中的铝有多种存在形式，其中无机离子态铝如Al³⁺、Al(OH)²⁺对植物根系的毒害作物最大，而其他形态的铝则毒性较小。正常土壤中的铝大多呈非水溶态，通常以硅酸盐态或氧化态存在，对植物没有毒害作用，但在pH小于5的酸性条件下，铝主要以Al³⁺形式存在。由于Al³⁺的交换量占土壤阳离子交换总量的20％-80％，酸性土壤中其他阳离子易于淋失，导致钾、钙、镁、硼等营养元素的缺失及磷的固定。因此，酸性土壤中作物生长障碍直接与Al³⁺升高有关，酸铝毒害是酸性土壤上作物产量提高的最主要限制因子，可导致作物减产40％。由于酸性耕地的生产潜力还有很大的上升空间，因此提高酸性土壤上的农作物产量引起了广泛的关注，成为全球上除作物抗干旱胁迫外的第二大研究热点。撒施石灰在一定程度上可以降低土壤的酸性，从而降低酸铝毒害，但这种物理措施很难在各地广泛的普遍实施并且效果不理想。为了保障作物粮食供给，提高单位面积的产量，充分发挥现有耕地的生产潜力，克隆新的抗酸铝基因，培育新的作物转基因抗酸铝自交系和进行遗传改良已成为农作物育种的重中之重，也是开发利用酸性土壤的最有希望的办法。

作物抗酸铝毒害的机制主要有两种：促进根系Al³⁺的外排或忍耐Al³⁺在根系和植株地上部位的积累。但迄今为止，大多数的实验证据表明Al³⁺的外排与Al³⁺激活的有机酸(organic acid，OA)从植物根际细胞壁和共质体的外排有关。并且有证据表明共质体内铝毒解除机制也与Al³⁺和OA螯合形成复合体有关。经遗传学和生理学研究发现，许多作物基因型差异所导致的抗酸铝能力差异的机制之一是由于抗酸铝能力强的品系根系顶端能外排一种或多种有机阴离子(通常为苹果酸或柠檬酸的阴离子)，而这些有机阴离子能迅速螯合根系附近的Al³⁺或者根系质外体的Al³⁺。不同植物种类分泌不同的OA，玉米主要分泌柠檬酸和苹果酸，豆科植物主要分泌柠檬酸，小麦主要分泌苹果酸、烟草和番木瓜分泌柠檬酸，荞麦和芋头主要分泌草酸。不同种类的有机酸解除Al³⁺毒害的能力也不同，柠檬酸的能力最强，其螯合Al³⁺的能力是苹果酸的6-8倍，其次为草酸和苹果酸。

目前发现的抗酸铝基因主要有两类，Al³⁺激活的苹果酸转运子(Al³⁺ -activated malate transportor，ALMT)家族和多种毒素及药物外排(multi-drug and toxin extrusion，MATE)家族的膜蛋白。尽管这些蛋白家族的成员存在核苷酸序列和蛋白结构的差异，但都是通过改善有机离子外排的方式提高对酸铝毒害的抗性。