[发明专利]一种花生铁螯合物转运蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子生物学、植物生理学以及基因工程等领域，具体地说，涉及一种花生中铁螯合物转运蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

铁是植物生长发育所必需的微量元素之一，植物光合作用、呼吸作用等重要的代谢过程都离不开铁元素，植物缺铁会严重抑制植物的生长发育，导致产量和品质下降。尽管铁元素在土壤中的含量较高，在有氧环境中铁的溶解性却很低(Yi等,1994)，不易被植物吸收利用，在石灰性土壤上很多植物面临着缺铁胁迫。因此促进植物对铁的吸收转运效率从而提高作物的耐低铁胁迫能力具有重要的实践意义。

植物在长期进化过程中对于低铁胁迫形成了机理Ⅰ和机理II两种不同的适应性反应机制(Romheld等,1986)。双子叶和非禾本科单子叶植物属于机理Ⅰ植物。此类植物在缺铁时主要的生理反应表现为根系伸长受阻，根尖部分直径增加，并产生根毛，根部形态发生变化，Fe3+还原酶的活性增加，受ATP酶控制的质子分泌增加，使根际pH降低，提高铁的有效性。而禾本科单子叶植物为机理Ⅱ植物，它们在缺铁时无机理Ⅰ植物的明显的根形态上的变化，而是根系中植物铁载体的合成和分泌量增加。随着分子生物学技术的飞速发展，植物吸收利用铁的关键基因也逐渐研究清楚。机理Ⅰ植物以模式植物拟南芥研究得相对清楚，缺铁时通过根表皮细胞质膜上铁还原酶基因AtFRO2将三价铁还原成二价铁（Yi等,1996），然后通过根细胞质膜上的二价铁转运蛋白AtIRT1将二价铁转运到根细胞内供植物吸收利用(Vert等,2002)。而机理Ⅱ植物在缺铁条件下主要通过体内合成并分泌麦根酸类植物铁载体，到目前为止麦根酸合成途径中相关基因都已得到研究确定，禾本科植物根系分泌的麦根酸将根际中难溶性铁螯合，再通过细胞质膜上的YS1转运蛋白将麦根酸铁螯合物转运到根细胞内。YS1转运蛋白首次在玉米中分离得到，因该基因缺失后玉米叶片表现为黄色条纹(yellow stripe)表型命名而来。研究者们通过酵母功能互补试验确定了ZmYS1基因对麦根酸铁螯合物的转运能力(Curie等,2001)。此外研究发现在大麦中HvYS1(Murata等,2006)及水稻中OsYSL15(Inoue等,2009;Lee等,2009)也参与从根际土壤中吸收转运麦根酸铁供植物吸收利用。尽管机理Ⅰ植物中不存在麦根酸，同样也存在YSL(yellow stripe like)同源基因。NA(尼克烟酰胺)为麦根酸类植物铁载体合成的前体，通常与二价金属离子结合形成稳定的复合物在植物体内转运。NA-Fe(II)是铁在植物体内转运的主要方式之一。机理Ⅰ植物YSL基因主要负责NA与金属离子螯合物的转运。目前已有的研究表明在模式植物拟南芥中存在8个YSL基因。AtYSL1对于Fe-NA向籽粒中的运输起到了很重要的作用（Jean等,2005）。通过对AtYSL1AtYSL3双突变体的研究表明AtYSL1AtYSL3对于植物生长及发育过程中铁的平衡都起到了重要的作用（Waters等,2006）。AtYSL2对Fe(II)-NA、Fe(II)-PS及Cu(II)-NA具有转运作用（DiDonato等,2004）。此外，Gendre等人对于超累积植物天蓝遏蓝菜中存在的YSL同源基因进行了一些研究。他们在天蓝遏蓝菜中找到了三个YSL同源基因，根据分别与拟南芥中YSL基因的同源性高低而命名为TcYSL3、TcYSL5、TcYSL7。研究表明TcYSL7主要在植物的花中表达，TcYSL5主要在叶片中表达，而TcYSL3在各器官中表达量都比较均一。进一步通过酵母功能互补实验发现，其中只有TcYSL3对于Fe(II)-NA以及Ni(II)-NA复合物具有运输作用（Gendre等,2007）。

YSL基因家族在机理Ⅰ植物及机理Ⅱ植物中广泛存在，这些基因不但对于铁在土壤中的吸收运输起到很重要的作用，而且有的也负责了铁向地上部及籽粒中的运输，对于植物体内铁营养平衡起到了至关重要的作用。花生是重要的油料作物，但是在我国北方石灰性土壤上花生缺铁黄化成为限制其产量和品质的重要因子（Zuo等,2000）。对于花生铁螯合物转运蛋白AhYSL2基因的获得与研究将为从分子育种或基因工程培育耐低铁胁迫花生品种提供重要的理论基础，具有深远的指导及实践意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种花生铁螯合物转运蛋白及其编码基因与应用。

为了实现本发明目的，本发明的一种花生铁螯合物转运蛋白AhYSL2，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。