[发明专利]大豆基因GmRGS1与葡糖糖共同促进豆科植物根瘤产生中的应用

说明书

本发明属于生物技术领域，具体涉及一个编码大豆G蛋白信号调节因子的基因GmRGS1联合施加低浓度葡萄糖溶液共同提高大豆结瘤的应用。本发明利用pPOKII过量表达载体，通过农杆菌介导的大豆遗传转化，快速获得转基因植株，成功将GmRGS1进行了过量表达，并对嵌合体转基因植株进行了根瘤数目统计，结果表明GmRGS1基因能够正向调控大豆根瘤数目。在此基础上，用25mM的葡萄糖50mL分别处理大豆空载体和GmRGS1过量表达植株，发现相对于空载体，GmRGS1转基因植株根瘤数目增加60％，且根系健康完整、植株发育良好。由此可见，基因GmRGS1过表达联合施加低浓度葡萄糖溶液，可以有效的提高根瘤数目，增强固氮能力，提高大豆产量和质量。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及大豆G蛋白信号调节因子编码基因GmRGS1及与葡糖糖共同提高豆科植物根瘤数目中的应用。

背景技术

大豆(Glycine max(Linn.)Merr)作为重要的粮食作物和经济作物，广泛用于豆油压榨、豆制食品及豆粕饲料加工等，在保障粮油安全和保障民生方面具有重要的战略地位(宋朝辉，2021)。近年来，我国大豆产量逐步提升，然而仍存在巨大需求缺口，高度依赖进口。为了实施我国粮食安全战略，2019年，中央一号文件首次提出实施大豆振兴计划，多措并举提高大豆产量和质量，提升大豆产业经济(原梓涵等，2019)。

根瘤作为豆科植物特有的结构，能够将空气中游离的氮气转化为铵态氮和硝态氮，进而被生物体直接吸收利用。豆科植物-根瘤菌的共生包含了一系列复杂的信号转导过程。首先，豆科植物的根部向土壤中分泌类黄酮类化合物用以招募根瘤菌，根瘤菌分泌的结瘤因子被豆科植物根部细胞表面的受体蛋白激酶识别并触发共生信号级联反应，进而引起侵染线的形成和根瘤器官的产生(Svistoonoff et al.2014；Soyano et al.2021)。豆科植物的结瘤是一个高度消耗能量的生物学过程，因此，豆科植物进化产生了一系列结瘤自调控信号通路抑制过多根瘤的产生，以减少不必要的能量消耗(Djordjevic et al.2015；Zhang et al.2021)。

G蛋白信号转导系统在所有的真核生物中普遍存在，主要由G蛋白偶联受体(Gprotein-coupled receptor，GPCR)、G蛋白和下游效应器组成。在植物GPCR介导的G蛋白信号转导途径中，GPCR接受输入信号并传递给G蛋白，进而激活下游效应器发挥作用。G蛋白信号调节因子(Rgulators of G protein signaling，RGS)能够特异地结合激活态的G蛋白α亚基并表现GTP酶催化蛋白活性，导致G蛋白失活，从而迅速关闭与G蛋白偶联的信号途径(Liu et al.2021)。目前，在模式植物拟南芥中鉴定了一个RGS蛋白，即AtRGS1，其C端是一个RGS-box，N端是一段7次跨膜结构域，N端与GPCR的拓扑结构相似，推测AtRGS1可能是GPCR家族成员(Chen et al.2003)。已有研究表明，AtRGS1是植物糖信号转导的传感器，在植物的糖类感知中起着重要作用(Chen and Jones 2004；Johnston et al.，2007)。葡萄糖作为植物体内最重要的单糖之一，已被证明不仅是植物重要的物质基础和能量来源，还可以作为信号分子调控植物的生长发育、生殖、代谢等过程(Rolland et al.，2001；Singh etal.，2014)。

本发明首次提出了RGS通过介导葡萄糖信号转导从而调控大豆结瘤过程，对培育优质高产的大豆种质具有重要的理论价值和实际意义，在植物分子育种中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的第一个目的，在于提供一个大豆基因GmRGS1，也就是大豆G蛋白信号调节因子的编码基因GmRGS1，其序列如序列表SEQ ID NO.1所示。

本发明的第二个目的，在于提供一种该基因编码的蛋白质，所编码氨基酸序列如序列表SEQ ID NO.2所示。