[发明专利]大豆ABC转运蛋白基因GmALS3在耐低磷和抗铝毒胁迫植物育种中的应用

说明书

本发明属于基因工程技术领域，具体公开了大豆GmALS3基因在培育耐低磷和抗铝毒植物中的应用。根据本发明研究结果，大豆GmALS3基因能够响应植物磷饥饿和铝毒胁迫，转化于拟南芥能有效减少铝胁迫，或减少低磷胁迫对根系生长的抑制作用。因此，GmALS3基因具有抗低磷和抗铝胁迫的双重功能，在构建耐低磷、耐铝的植株上具有很好的应用价值。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，更具体地，涉及大豆GmALS3基因在培育耐低磷、抗铝毒植物中的应用。

背景技术

酸性土壤是指pH值低于5.5的土壤，目前在全球范围内有超过30％的土壤是酸性土壤，约占世界潜在可耕地面积的50％，而生活和居住在这些地区的人口大概占了全球总人口数的73％。据统计，我国有将近2千万公顷的土壤为酸性土壤，主要是分布在我国的南方，约占全国耕地面积的21％。酸性土壤中存在着养分有效性低和元素毒害等胁迫问题。其中，低磷胁迫和铝毒害是影响作物生产的重要因素。

ABC转运蛋白又称腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassettetransporters,ABC转运蛋白)，其家族是目前已知最大、功能最广泛的蛋白家族之一。ABC转运体是ATP驱动的泵，包含两个TMD，它们构成跨膜孔，以及两个胞浆核苷酸结合域(NBDs)。TMD和NBD亚基可以由一个基因和两个基因编码，每个基因编码一个TMD和一个NBD。在植物中，ABC转运蛋白参与病原反应、表面脂质沉积、种子植酸积累和激素转运等。ABC转运蛋白包括OsALS1，OsSTOP1等等。

Larsen(https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2004.02306.x)在2005年在拟南芥的研究发现OsALS1的同源基因AtALS3。该基因突变后导致突变体对Al敏感。据近期报道，als3突变体不仅对铝敏感，也对低磷敏感。Dong(https://doi.org/10.1016/j.molp.2016.11.001)在2017年发现当植株处于磷饥饿时，als3突变体根中积累了较高浓度的Fe³⁺。这说明，ALS3通过调节根内铁平衡来实现低Pi调节的根系构型重塑。据报道(doi:10.3390/agronomy10091228)，ALS3基因可以作为生物标志物，在铝胁迫下，大豆地上部的ALS3基因高表达。在酸性土壤中加入石灰可以抑制铝的毒性，铝毒性被抑制后，大豆地上部的GmALS3的表达也相继下调。但是采用石灰下降土壤铝毒性，会使土壤盐碱化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服植物培育、种植受到环境中的铝毒胁迫和低磷胁迫的技术问题，提供GmALS3基因在培育耐低磷、抗铝毒植物中的应用，以及利用外源性GmALS3基因培育耐低磷、抗铝毒的拟南芥的方法。该方法获得的拟南芥能有效表达外源性GmALS3基因。在铝胁迫，或低磷胁迫条件下，仍有效促进内源性als3突变体拟南芥的根系生长。

本发明的目的提供SEQ ID NO：1所示的GmALS3基因在减少铝胁迫和/或低磷胁迫对植物根系生长的抑制作用方面的应用。

本发明的另一目的是提供SEQ ID NO：1所示的GmALS3基因在培育耐低磷和/或抗铝毒植株中的应用

本发明的另一目的是提供一种构建耐低磷和/或抗铝毒植物的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

SEQ ID NO：1所示的GmALS3基因在减少铝胁迫和/或低磷胁迫对植物根系生长的抑制作用方面的应用。

其中，优选地，所述植物为内源性ALS3基因功能缺失或ALS3基因表达水平被抑制的突变体。

SEQ ID NO：1所示的GmALS3基因在培育耐低磷和/或抗铝毒植株中的应用。

其中，优选地，所述培育耐低磷和/或抗铝毒植株所用的宿主植株为内源性ALS3基因功能缺失或ALS3基因表达水平被抑制的突变体。