[发明专利]紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在促进大豆菌根中磷再利用中的功能

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地，涉及一种基因的功能研究及其应用，更具体地，涉及紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在促进大豆菌根中磷再利用中的功能。

背景技术

磷是植物生长发育所必需的营养元素，也是限制作物生产的重要因素之一。由于磷在土壤中易被固定而难以吸收，土壤缺磷情况非常普遍。在长期的进化过程中，植物发展了许多适应机制提高土壤中磷的利用，包括根系形态构型的改变、体内和外分泌的酸性磷酸酶活性的变化、根际微生物共生等 (Wang et al., 2010)。其中，酸性磷酸酶作为一种多功能的酶，在正常供磷和缺磷条件下均对植物生长和发育起着重要的作用（Tran et al., 2010）。Helal（1990）研究了缺磷条件下植物体内的酸性磷酸酶活性与植物利用有机磷的关系，认为体内酸性磷酸酶活性的高低可以作为筛选磷高效植物的一个重要指标。另一方面，分泌的酸性磷酸酶则参与了土壤有机磷的水解，释放出可溶性磷供植物吸收（Richardson et al., 2001）。这充分说明酸性磷酸酶对作物磷效率至关重要。

紫色酸性磷酸酶 (Purple acid phosphatase，PAP) 又叫“酒石酸抗性”酸性磷酸酶，属于双核金属酶家族，催化一系列磷酸酯键和无水氢化物的水解(kaida et al., 2003)。在高等植物中，紫色酸性磷酸酶的研究大多集中在其与磷营养的关系上。在低磷胁迫下，一些紫色酸性磷酸酶基因表达增强在大豆、截型苜蓿、拟南芥和番茄等植物上均有报道(Hegeman and Grabau, 2001; Bozzo et al., 2004; Xiao et al., 2006; Wang et al., 2011)。在拟南芥上，已有29个紫色酸性磷酸酶基因被鉴定(Li et al., 2002)。其中，来自拟南芥的紫色酸性磷酸酶AtPAP15具有较强的植酸酶活性，能促进肌醇六磷酸盐的水解产生水溶性磷酸盐（Zhang et al., 2008）。Wang 等（2009）在大豆中过量表达AtPAP15，并利用外分泌的信号肽促使AtPAP15在根际的分泌增强，从而提高了大豆磷吸收效率和产量潜力。

在大豆上，目前共鉴定了35个紫色酸性磷酸酶基因家族成员。目前本领域技术人员只知晓在AM真菌诱导下，紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33表大量上调，但是，该基因在磷代谢中的具体功能并不清楚。

发明内容

本发明的目的是为了探明紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在磷代谢中的功能，从而为包括大豆在内的农作物磷高效利用和高产分子育种提供基因资源。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在降解丛枝中的多聚磷中的应用。

紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在降解丛枝内膜中的有机磷的应用。

优选地，所述多聚磷为短链多聚磷酸盐，所述有机磷为磷脂磷酸盐。

现有的报道只知晓在AM真菌诱导下，紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33表大量上调，但是，该基因在磷代谢中的具体功能并不清楚。菌根植物通过根外菌丝吸收土壤中的无机磷，并快速转变成长链Poly P转运至根内菌丝，进入菌根真菌与寄主植物之间养分交换的主要场所—根系内皮层中的丛枝结构中，转变成短链Poly-P，分解后又以无机磷的形态释放至丛枝的膜结构转运给寄主植物。丛枝作为养分交换的主要场所，是一个寿命短暂的结构，在植物体内通常能存活5-7天，随后衰老死亡并降解，与此同时，大量新的丛枝结构在寄主植物内不断形成，使菌根内的养分源源不断地运输给寄主植物。而一旦丛枝衰老死亡，丛枝中的多聚磷去向何处？衰老退化的丛枝内膜中的有机磷如磷脂磷酸盐能否被植物再利用，尤其是在养分缺乏条件下，如何利用？