[发明专利]一种苹果酸酶基因SgME1及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物生物技术领域，具体涉及苹果酸酶基因SgME1及其应用。 

背景技术

铝毒害是酸性土壤上限制作物生长的主要障碍因素之一 (Kochian et al., 2004)。pH小于5时，土壤中的铝就以活性形式存在，能够快速地被植物根系吸收 (Kinraide, 1991)，对根尖的生长产生毒害作用，最终导致作物产量的降低。 

铝离子可以与细胞壁和共质体相互作用，进而扰乱植物细胞正常的生理生化反应 (Kochian et al., 2005)。研究表明，铝容易结合在带负电荷的细胞壁果胶质上，从而降低细胞壁的延展性，限制细胞的伸长 (Yang et al., 2011)。铝除了与细胞壁结合之外，还能够累积在共质体内，扰乱细胞骨架的形成 (Sivaguru et al., 1999) 和抑制细胞的分裂 (Roy et al., 1989) 等，并能够使脂质过氧化 (Yamamoto et al., 2001)，从而影响根系生长发育。 

植物适应铝毒的机制主要包括内部忍耐和外部排斥机制 (Kochian et al., 2005; Ma et al., 2001)。内部忍耐机制主要是指进入到细胞质中的铝与有机酸或其它化合物螯合，形成稳定的络合物，并隔离在液泡中，起到解除铝毒害的作用 (Ma et al., 1998)。外部排斥机制主要是通过根系分泌有机酸螯合铝离子，形成稳定的有机酸-铝复合物，减少对铝的吸收，从而起到缓解铝毒害的作用。大量的证据表明，苹果酸、柠檬酸和草酸等的分泌能够有效降低铝的毒害能力。目前，介导苹果酸和柠檬酸分泌的转运蛋白苹果酸转运子ALMT1和柠檬酸转运子MATE已成功分离克隆，这些基因的表达受到铝的调控，过量表达ALMT1与MATE分别促进苹果酸和柠檬酸的分泌，并能够提高植物的耐铝性 (Sasaki et al., 2004; Magalhaes et al., 2007)。同时，在铝胁迫下，通过调控编码三羧酸循环关键酶基因 (PEPC、CS、MDH和ICDH) 的表达，有利于柠檬酸和苹果酸的合成与分泌，通过有机酸的分泌缓解铝毒害 (Rangel et al., 2010；Wang et al., 2010)。 

柱花草是公认的适应热带和亚热带生长的先锋豆科作物，是我国南方重要的优质豆科牧草 (Liu et al., 1997)，属于豆科柱花草属 (Stylosanthes spp.)，因富含蛋白质、糖类和纤维，在澳大利亚、南美、南非、东南亚等热带和亚热带地区大面积种植，并具有较高的产量和品质 (Noble et al., 2000)。据报道，世界上60%的酸性土壤分布于热带和亚热带地区，因此，适应于热带和亚热带生长的植物有可能具有独特的耐铝机制 (Metali et al., 2012)，长期种植于热带和亚热带酸性土壤上的柱花草可能具有潜在的适应酸性土壤生长的能力。 

通过早期的耐铝性筛选，我们发现磷低效柱花草基因型Fine-stem对铝胁迫敏感，磷高效柱花草基因型TPRC2001-1对铝毒具有良好的忍耐能力 (Du et al., 2009)，并且TPRC2001-1的耐铝能力与耐铝作物水稻相当，然而鲜有对柱花草耐铝机制的研究。 

针对上述研究背景，申请人通过蛋白质双向电泳的方法，从柱花草耐铝基因型TPRC2001-1中分离到一个受铝调控的编码苹果酸酶的蛋白SgME1，并利用RACE技术，获得编码该蛋白的基因全长序列。利用酵母、菜豆毛状根和拟南芥等表达体系，证明SgME1基因编码的蛋白具有合成苹果酸的功能，最终提高转基因材料耐铝毒的能力。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种苹果酸酶基因SgME1，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： 

本发明所提供的苹果酸酶基因SgME1，可以来源于柱花草，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；