[发明专利]大豆ABC全转运蛋白GmABCC3编码基因的应用

说明书

本发明公开了大豆ABC全转运蛋白GmABCC3编码基因的应用。SEQ ID NO.1所示大豆ABC全转运蛋白GmABCC3的编码基因在基因工程改造大豆耐铝毒中的应用。该基因在耐铝毒大豆品种中受铝诱导显著上调表达，耐铝毒大豆品种中含优异铝诱导型启动子GmABCCsupgt;Pro2/supgt;。过表达该基因的优异单倍型GmABCC3supgt;CDS2/supgt;，能够显著提高大豆和拟南芥的耐铝毒能力。在酵母菌株中过表达该基因的优异单倍型GmABCC3supgt;CDS2/supgt;，也能够显著提高酵母的耐铝毒能力。本发明所述的大豆ABC全转运蛋白GmABCC3可通过基因工程转化到大豆发根和拟南芥中，并最终提高大豆和拟南芥的耐铝毒能力。

技术领域

本发明涉及大豆ABC全转运蛋白GmABCC3编码基因的应用，属于基因工程领域。

背景技术

大豆[Glycine max(L.)Merr.]起源于中国，是一种重要的豆科作物，作为蛋白质和油脂的重要来源，在中国和全世界被广泛种植。成熟的大豆种子中含有约40％的蛋白质和20％的油脂，可以为人类提供8种必需氨基酸，并含有多种维生素和人体必须的钙、磷、铁、锌等矿物质元素。因此，大豆在满足人类对蛋白、植物油和动物饲料的需求中起着重要的作用。同时它作为工业产品的原料也被广泛利用，所以全球对大豆的需求量与日俱增。但非生物逆境如酸性土壤中的铝毒会严重降低大豆产量和品质。据统计，37.9％的东南亚耕地、30.9％的拉丁美洲和加勒比耕地、21.1％的东亚耕地、20.5％的撒哈拉以南的非洲耕地、18.1％的北美耕地以及11.7％的欧洲耕地等，都遭受铝毒危害，影响大豆和其他作物的产量。酸性土壤地区的铝毒是不可忽视的非生物逆境之一。就大豆而言，全世界有约35％的大豆种植地区处于酸性土壤中，而我国大片南方及东南沿海地区都存在酸性土壤问题。因此，培育耐铝毒大豆品种对提高酸性土壤地区的大豆产量和品质至关重要。

GmABCC3是一种大豆ABC(ATP-Binding Cassette)全转运蛋白，其所属ABC家族是目前已知的最大，功能最广泛的蛋白家族之一，广泛存在于自然界的所有生物体中。根据蛋白基序结构可把ABC转运蛋白大体分为全转运蛋白和半转运蛋白两种。一般来说，ABC全转运蛋白有两个跨膜结构域(trans membrane domains,TMD)和两个核苷酸结合域(nucleotide binding domains,NBD/NBF)。而ABC半转运蛋白则一般只含有1个跨膜结构域(TMD)和一个核苷酸结合域(NBD)；一些细菌类型的ABC半转运蛋白，有的只含1个跨膜结构域(TMD)或者一个核苷酸结合域(NBD)。ABC转运蛋白的转运活性主要依赖于三磷酸腺苷(ATP)水解产生的能量，从而实现底物在细胞内外的跨膜转运。研究发现，ABC全转运蛋白参与了植物许多重要的生理过程,如激素的运输、表皮脂质的分泌、种子萌发的调控及防御性分子物质的运输等,使得植物适应多变的外部环境。ABC转运蛋白家族不同的成员一般负责不同底物的转运，但有的ABC转运蛋白甚至可以介导多种物质的转运。到目前为止,大多数ABC转运蛋白的功能及其转运底物还不清楚,还有许多未知的功能有待发掘和验证。在大豆中目前也没有ABC全转运蛋白参与耐铝毒功能的报道。我们利用分子生物学手段，构建了GmABCC3的过表达载体，转化大豆发根、拟南芥和酵母菌株后均发现过表达GmABCC3基因可以提高大豆、拟南芥和酵母菌株的耐铝毒能力，降低植物根系铝离子浓度。这一基因功能的发现不仅揭示了大豆耐铝毒机制的新通路，同时也为大豆耐铝毒品种育种提供了基因资源。

发明内容

本发明的目的在于公开大豆ABC全转运蛋白GmABCC3(Glyma.18G080900)的抗逆性基因工程应用，发现GmABCC3存在自然突变，其编码序列(CDS)单倍型GmABCC3^CDS2和启动子(Pro)单倍型GmABCC^Pro2为调控大豆耐铝毒的优异等位变异，该基因的优异等位变异可作为目的基因导入大豆和拟南芥中，优异等位基因编码的GmABCC3通过降低根系和细胞内铝离子浓度来缓解铝毒，提高大豆的耐铝毒性。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：