[发明专利]大豆GDPD蛋白编码基因GmGDPD1及其应用

说明书

本发明公开了大豆GDPD蛋白编码基因GmGDPD1及其应用。大豆GDPD蛋白编码基因GmGDPD1，其核苷酸序列为：SEQ ID NO.1。将构建的植物过量表达载体pMDC83‑GmGDPD1在拟南芥的野生型和敲除AtGDPD1的突变体atgdpd1中进行异源表达，发现过表达的植株侧根数目明显增多，而突变体也可恢复性状，并且侧根数目多于野生型对照组，表明该基因可以作为目的基因导入植物，通过提高植物侧根数目，提高转基因植物的综合抗逆性。可见,本发明所述的大豆GDPD蛋白编码基因GmGDPD1可在通过基因工程提高植物侧根数目，进而增强转基因植物综合抗逆性方面应用。

技术领域

本发明涉及大豆GDPD蛋白编码基因GmGDPD1及其应用，属于基因工程领域，具体地讲涉及来源于大豆的脂质代谢途径蛋白GDPD编码基因在提高植物侧根数目，进而影响转基因植物的磷利用效率等综合抗逆性方面的应用。

背景技术

磷是植物必需的三大元素之一，磷供给不足将对植物的生长代谢产生不利影响。现实土壤中有效磷浓度远不能满足植物的需求，通常需施磷肥来补充磷供给。但作物对磷肥的利用率严重不足。目前植物对磷元素调控机制仍未完全解析。研究大豆磷效率相关基因的功能，进一步探索大豆磷利用机理对于提高植物抗逆性具有重要的理论和生产意义。

磷脂是生物膜脂的一种重要组成成分，磷脂重塑是植物应对低磷胁迫的一种重要机制。研究发现，在低磷条件下，叶绿体类囊体膜和细胞质膜中磷脂的含量下降，硫脂(sulfoquinovosyldiacylglycerol，SQDG)、双半乳糖甘油二酯(digalactosyldiacylglycerol，DGDG)的含量显著增加(Kobayashi et al.，2006)甚至达到总膜脂成分的70％(Andersson et al.，2003)。也就是说，在低磷胁迫下为了满足植物生理需求，植物用硫脂和半乳糖脂代替膜磷脂(Nakamura，2013；Benning，1998；Hartel etal.，2000；Andersson et al.，2005；Russo et al.，2007；Tjellstrom et al.，2008)，释放能重新利用的磷元素，将有限的磷用于更重要的代谢途径中。

在植物里磷脂脱酰作用过程主要由lipid acyl hydrolyse(LAH)来进行，LAH可以不同类型的膜脂上把酰基转移(Matos and Pham-Thi，2009)。这一途径的第二步是由保守的甘油磷酸二酯磷酸二酯酶(GDPD)以甘油磷酸二酯为底物进行水解进行的。植物GDPD活性和动物微生物类似，具有广底物的特异性(van der Rest et al.，2004)。拟南芥中GDPD家族可以分为典型GDPD(AtGDPD1-6)和GDPD-like(AtGDPDL1-7)亚科。根据GDPD结构域的数量和活性位点结构域保守序列的相似度，将拟南芥GDPD家族分为a型和b型亚科。同样，水稻GDPD家庭是类似于拟南芥。拟南芥b GDPD蛋白预测有两个GDPD结构域和至少一个跨膜域，但是一些关键的残留活性部位并不保守，这表明b GDPD亚家族功能不同于典型的a型亚科。体外酶活动的分析表明，AtGDPD1水解甘油磷酸甘油、甘油磷酸胆碱和甘油磷酸乙醇胺，并且AtGDPD1的最大活动远远高于AtGDPDL1。基因表达模式的分析显示除了AtGDPD4以外所有AtGDPD基因转录活跃在鲜花和长角果中。此外，基因家族在根、叶、茎等部分有有可辨认的表达特点，这也表明GDPD基因具有功能性冗余的特异性。并且在磷饥饿诱导下，拟南芥AtGDPDs和AtGDPDLs的表达都上调。对缺失AtGDPD1的突变体研究发现，和野生型相比，在低磷胁迫下，突变体明显降低了GDPD的活性，G-3-P的含量和幼苗增长率。然而，在低磷胁迫下，AtGDPD1基因敲除突变体和WT两者的幼苗膜脂质成分却没有改变。并且AtGDPDL1的表达定位在质膜上，因此，推断在地磷胁迫下，GDPD调解的脂质代谢途径可能参与从磷脂释放无机磷(Cheng Y et al.，2011)。

发明内容