[发明专利]一种与大豆根瘤磷转运相关的磷转运蛋白基因GmPT5及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物生物技术领域，具体涉及与大豆根瘤磷转运相关的磷转运蛋白基因GmPT5及其应用。

背景技术

大豆是重要的油料作物和蛋白质来源，能与土壤中的根瘤菌形成互惠互利的共生系统，固定空气中的氮 (N)，为宿主植物提供持续的氮源 (Unkovich and Pate, 2000)。随着农业可持续发展和环境保护的要求，利用根瘤菌接种大豆减轻其对氮肥的依赖，对科学种植大豆，保护环境具有重要意义。磷 (P)是植物生长的必需营养元素，也是豆科植物生长及生物固氮过程中需求较高的元素。根瘤固氮是高耗能的过程，每固定1摩尔的N需要消耗16摩尔的ATP，ATP的形成又与磷的有效性密切相关 (Schuize et al., 1999)。但是在全世界13亿公顷耕地中，约5.8亿公顷存在不同程度的土壤有效磷缺乏 (Ellingtoon，1999;vance，2001;吕滨，1987)，我国有效磷缺乏的土壤约占总耕地面积的2/3 (刘建中，1994)，严重限制了植物的生长和产量。

植物在长期的进化过程中，形成了一系列的机制来适应低磷土壤的环境，其中包括诱导或增强植物体内磷转运蛋白高效地吸收利用有效磷。以往的研究表明，根瘤是一个较强的“库”，对磷的需求较高。低磷会抑制根瘤的形成，降低其固氮能力。到目前为止，只有一篇文献研究报道了豆科作物根瘤磷获取的两个来源，包括从根部向根瘤运转的磷和根瘤从介质直接吸收的磷 (Al-Niemi, 1998)，但根瘤磷获取的生理及分子机理仍不清楚。植物磷转运蛋白，尤其是Pht1家族蛋白在植物磷的吸收转运中发挥着重要的作用，但是，对是否存在磷转运蛋白介导豆科作物根瘤磷获取的两个途径目前尚未有相关报道。

因此，寻找参与调控大豆根瘤磷获取的关键基因，不仅可以解析豆科作物根瘤磷吸收/运转的分子机理，而且可为培育氮磷双高效大豆新品种提供基因资源，对发展环境友好型可持续农业具有重要的理论和实践意义。

针对上述研究背景，在大豆基因组测序完成的基础之上，申请人通过同源比对确定大豆Pht1磷转运蛋白家族成员。根据定量PCR结果，本发明克隆了其中一个低磷诱导的、根瘤特异表达的高亲和磷转运蛋白基因GmPT5，证明GmPT5基因编码的蛋白具有将磷从根部向根瘤运转、促进根瘤生长发育及对磷吸收，最终提高根瘤固氮效率及植株生物量的功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种与大豆根瘤磷转运相关的磷转运蛋白基因GmPT5，本发明的另一个目的是提供上述基因编码的蛋白质，本发明的进一步目的是提供上述基因及其编码的蛋白质的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

本发明所提供的与大豆根瘤磷转运相关的磷转运蛋白基因GmPT5，可以来源于大豆，其包含或具有选自如下的核苷酸序列：

(1) SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列；

(2)与(1)的核苷酸序列的互补序列在低等严格条件、中等严格条件、优选高严格条件下杂交的核苷酸序列；

(3)与(1)的核苷酸序列具有至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、优选至少80%、更优选至少85%、特别优选至少90%、尤其是至少95%或98%或99%同一性的核苷酸序列；

(4)与(1)的核苷酸序列编码相同氨基酸序列的蛋白质、但在序列上不同的核苷酸序列；

(5)编码如下氨基酸序列之一的核苷酸序列：SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列，或者，由于一或多个 (例如1-25个、1-20个，1-15个，1-10个，1-5个，1-3个)氨基酸残基的替代、缺失和/或插入而与SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列不同的氨基酸序列，或者，与SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列具有至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、优选至少80%、更优选至少85%、更优选至少90%、尤其是至少95%或98%或99%同一性的氨基酸序列；

(6) (1)-(5)任何一个的核苷酸序列的活性片段；

(7)与(1)-(5)任何一个的核苷酸序列互补的核苷酸序列。

SEQ ID NO:1由1566个碱基组成，其开放阅读框架 (ORF)为第1-1566位碱基，编码具有序列SEQ ID NO:2的氨基酸序列，所述氨基酸序列组成的蛋白质在本发明中称为GmPT5蛋白。

本发明提供的与大豆根瘤磷转运相关的磷转运蛋白基因GmPT5编码的蛋白质，其包含或具有选自如下的氨基酸序列：