[发明专利]水稻磷吸收转运调控基因OsPHF1及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体的说，本发明涉及一种用图位克隆技术克隆的水稻OsPHF1基因的cDNA序列，该cDNA编码的蛋白属于结构上与Sec12类似的伴侣蛋白，经转基因实验及植物组织有效磷浓度测定实验鉴定，该基因调控水稻对磷的吸收和转运。

背景技术

磷是植物体内核酸、磷脂和ATP的重要组成成分，其作为植物体内能量转移的物质，能够活化体内蛋白质、调控植物体的整个代谢过程(Marschner，1995)。在植物所需多种无机营养之中，磷作为最重要的元素之一，却极难从土壤中获取。尽管生态系统中磷含量丰富，但是可被植物同化吸收的磷的化学形式却主要是无机磷-磷酸盐(Pi)。土壤中磷酸盐分布极不均衡，而且大多数磷酸盐都无法自由移动，因而不利于根系的吸收(Raghothama，1999)。因此，土壤有效磷的供应状况和植物对磷素营养的吸收能力便成为植物生长发育的主要决定因素之一(Schachtman D R.et al，1998)。

地球上的磷矿作为一种不可再生资源在人类不断的开采利用下正逐渐减少。美国地质勘探的数据显示，2008年全球磷酸盐开采总量为一亿六千万吨，而化肥的需求量在未来五年内将以每年2.5-3％的速率增长。长此以往，世界磷矿资源只能再支撑人类需求125年左右(Natasha Gilbert，2009)。同时，过度施用的磷也会对环境造成巨大的危害；因此，改善作物对磷素的吸收和利用对生态和经济都具有重要意义。

影响植物获取磷的两个关键因子是土壤中根际磷的有效性和植物根系获取有效磷的能力。由于土壤中的有效磷含量很低，植物在生理生化代谢和根系形态等方面进行自身调节来提高对磷素的吸收能力。通过改变根系形态结构和增强分泌物质提高的土壤生物有效态磷，最终需要通过植物根系高效的吸收和转运系统——高亲和磷酸盐转运体(PTs)来直接吸收利用(Marschner，1995；Raghothama，1999)。

植物对磷的吸收是一个由磷酸盐转运蛋白介导的跨质膜的转运过程。在大部分植物中，磷吸收系统分为低亲和力系统(low-affinity phosphate transporter system，Km值在mmol/L范围内)和高亲和力系统(high-affinity phosphate transporter system，Km≈1.8～9.9μmol/L)两大类(Muchhal U S et al.，1996)。高亲和力磷酸盐转运蛋白主要负责通过根表皮细胞质膜从根围吸收磷，而低亲和力磷酸盐转运蛋白负责植物体内磷元素的传导(Rae A L et al.，2003)。

绝大部分已经克隆出来的植物磷转运蛋白基因于H₂PO₄^-/nH⁺共运体的Pht1小家族都属于高亲和力的磷转运蛋白基因，即利用质膜上的氢离子浓度梯度来驱动植物对磷素的吸收(Raghothama K G.，2000)，这一家族的基因负责对磷的吸收和体内转运的基本过程。根据基因序列相似性和转录分析，推断拟南芥和水稻整个基因组可能分别含有9个和11个Pht1家族的成员，用于从土壤溶液中(包括水稻的菌根菌丝体)吸收磷以及植物体内磷的转运(Goff et al.，2002；Mudge S R et al.，2002)。这些Pht1家族的磷酸盐转运蛋白基因主要是存在细胞质膜上(Chiou et al.，2001；Shin et al.，2004)。