[发明专利]磷转运蛋白的装载蛋白基因GmPHF1a的应用

说明书

本发明提供了磷转运蛋白的装载蛋白基因GmPHF1a的应用，具体涉及GmPHF1a基因促进豆科植物对磷的获取，进而促进结瘤固氮，在以磷增氮方面的应用。通过定量PCR结果，克隆了一个叶、茎、根、根瘤中均有表达的基因GmPHF1a，并证明了GmPHF1a基因编码的蛋白与控制根瘤磷吸收运转的磷转运蛋白GmPT5/GmPT7互作，干涉GmPHF1a显著增加了根瘤数量和根瘤重量，增加了氮、磷含量和生物量，显著增加了大豆的产量。

技术领域

本发明涉及基因的应用，具体涉及磷转运蛋白的装载蛋白基因GmPHF1a在豆科作物以磷增氮方面的应用，属于生物技术领域。

背景技术

大豆是世界上种植面积最大的豆科作物之一，能与土壤中的根瘤菌共生形成根瘤、进行生物固氮，在农业生态系统中起着不可替代的作用 (Udvardi and Poole, 2013)。磷是植物生长发育的必需营养元素之一，对根瘤生长发育及固氮反应具有重要作用 (Qinet al., 2012)。并且在大豆生产中存在“以磷增氮”的效应，然而对其生理、分子机制的研究较少。Qin 等研究发现大豆根瘤保持磷平衡对其正常行使固氮功能十分重要 (Qin etal., 2012)，根瘤中高表达的磷转运蛋白基因GmPT5和GmPT7对大豆根瘤磷吸收运转起重要作用 (Qin et al., 2012；Chen et al., 2018 )。低磷情况下，GmPT5主要负责将磷从大豆根系向根瘤运转，过表达或干涉该基因影响根瘤的大小，从而影响大豆的氮、磷含量 (Qinet al., 2012)，正常磷情况下，GmPT7主要负责根瘤对磷的直接吸收以及向类菌体运转，过表达或干涉该基因影响根瘤的数目和侵染区的发育，从而影响大豆的氮、磷含量，过表达GmPT7 能提高大豆产量15%-26% (Chen et al., 2018 )。

Pht1磷转运蛋白是细胞膜结合型的蛋白质。蛋白进入内质网（ER）进行正确的构象折叠和修饰后以膜泡的形式经高尔基体到达细胞质膜（陈婕妤，2013）。酵母及动物细胞的研究表明，合成后的蛋白从ER进入COPⅡ（coat proteinⅡ）膜泡，被运输到高尔基体的质膜上（Barlowe, 2003a；Barlowe, 2003b）。COPⅡ的形成是由经SEC12鸟苷酸置换因子活化后的 SAR1 GTPase 启动的（Barlowe et al., 1993）。将被运输的蛋白（Cargo）被并入 COPⅡ膜泡必需建立并维持一种适于进入分泌途径的正确构象，这一过程需要Cargo 所特有的伴侣蛋白来协助（Barlowe, 2003a；Herrmann et al., 1999）。PHF1 基因编码一个 SEC12 类似结构的蛋白，但缺失其作为鸟苷酸置换因子所必需的保守残基，而且只定位于 ER，所以PHF1 只在内膜运输途径的早期发挥作用，不参与 COPⅡ膜泡在 ER 输出位点上的复合物组成（Bayle et al., 2011；Gonzalez et al., 2005）。在拟南芥及水稻中发现植物特有的伴侣蛋白 PHF1，协助 Pht1 蛋白从 ER向质膜转运，细胞磷浓度也参与影响这个调控过程（Bayle et al., 2011；Chen et al., 2011b；Chen et al., 2015；Gonzalez et al.,2005）。然而，大豆中的 PHF1与 Pht1 家族磷转运蛋白是否存在互作，其在大豆中的生物学功能仍未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷转运蛋白的装载蛋白基因GmPHF1a的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：