[发明专利]脱氧麦根酸三价铁螯合物转运蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱氧麦根酸三价铁螯合物转运蛋白及其编码基因与应用，特别涉及一种来源于花生的脱氧麦根酸三价铁螯合物转运蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

铁在植物生长发育过程中具有不可替代的作用，是植物生长发育所必需的微量元素之一。尽管铁在土壤中的含量较高，在有氧及碱性土壤中铁的溶解性却很低，在石灰性土壤上很多植物面临着缺铁胁迫。促进植物对铁的吸收转运效率从而提高作物的耐低铁胁迫能力具有重要的实践意义。

在低铁环境下植物在长期进化过程中形成了机理I和机理II两种不同的适应性反应机制。双子叶和非禾本科单子叶植物属于机理I植物。此类植物在缺铁时主要的生理反应表现为根系伸长受阻，根尖部分直径增加，并产生根毛，根部形态发生变化，Fe³⁺还原酶的活性增加，受ATP酶控制的质子分泌增加，使根际pH降低，提高铁的有效性。而单子叶禾本科植物为机理II植物，它们在缺铁时无机理I植物的明显的根形态上的变化，而是根系中植物铁载体的合成和分泌量增加。在分子生物学水平，植物吸收利用铁的关键基因在模式植物中逐渐研究清楚。机理I植物以模式植物拟南芥研究得相对清楚，缺铁时通过根表皮细胞质膜上铁还原酶基因AtFRO2将三价铁还原成二价铁，然后通过根细胞质膜上的二价铁转运蛋白AtIRT1将二价铁转运到根细胞内供植物吸收利用。机理II植物以水稻，大麦及玉米研究得相对清楚。在缺铁条件下主要通过体内合成并分泌脱氧麦根酸类植物铁载体(MAs)，禾本科植物根系分泌的脱氧麦根酸将根际中难溶性铁螯合，再通过细胞质膜上的YS1转运蛋白将脱氧麦根酸铁螯合物转运到根细胞内。YS1转运蛋白首次在玉米中分离得到，因该基因缺失后玉米叶片表现为黄色条纹(yellow stripe)表型命名而来。研究者们通过酵母功能互补试验确定了ZmYS1基因对脱氧麦根酸铁三价螯合物(MAs-Fe(III))的转运能力。此外研究发现在大麦中HvYS1及水稻中OsYSL15也参与从根际土壤中吸收转运MAs-Fe(III)供植物吸收利用。最近的研究表明，大麦中的HvYSL2及水稻OsYSL18对MAs-Fe(III)也具有转运作用。机理I植物中也存在YSL同源基因。NA(尼克烟酰胺)为脱氧麦根酸类植物铁载体合成的前体，通常与二价金属离子结合形成稳定的复合物在植物体内转运。目前已有的研究表明机理I植物YSL基因主要负责NA与金属离子螯合物的转运。在模式植物拟南芥中存在8个YSL基因。AtYSL1对于Fe-NA向籽粒中的运输起到了很重要的作用。AtYSL2对Fe(II)-NA、Fe(II)-PS及Cu(II)-NA具有转运作用。此外，Gendre等人对于超累积植物天蓝遏蓝菜中存在的YSL同源基因进行了一些研究。他们在天蓝遏蓝菜中找到了三个YSL同源基因，根据分别与拟南芥中YSL基因的同源性高低而命名为TcYSL3、TcYSL5、TcYSL7。研究表明TcYSL7主要在植物的花中表达，TcYSL5主要在叶片中表达，而TcYSL3在各器官中表达量都比较均一。进一步通过酵母功能互补实验发现，其中只有TcYSL3对于Fe(II)-NA以及Ni(II)-NA复合物具有运输作用。尽管机理I植物自身不合成脱氧麦根酸，令人惊奇的是最近的研究表明拟南芥AtYSL3对MAs-Fe(III)及Fe(II)-NA具有转运作用。

YSL基因家族无论在机理I植物及机理II植物中都具有重要的意义，该基因家族对于铁在土壤中的吸收运输及铁向地上部和籽粒中的运输都起到至关重要的作用。花生是我国重要的油料作物之一，但是在我国北方石灰性土壤上花生缺铁黄化成为限制其产量和品质的重要因子。同时花生又是迄今为止非测序植物之一，这将极大地限制从分子水平对花生铁营养的研究。运用分子生物学及基因工程手段，对花生脱氧麦根酸三价铁螯合物转运蛋白AhYSL1基因的获得与功能研究将为揭示花生吸收利用铁的分子机制起到极大的推动作用。尽管花生不合成脱氧麦根酸，这将为在特定环境下理解花生利用脱氧麦根酸铁提供重要的依据。同时运用该基因也将为从分子育种或基因工程培育耐低铁胁迫花生或其它植物品种提供重要的理论基础，具有深远的实践意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱氧麦根酸三价铁螯合物转运蛋白及其编码基因。

本发明所提供的脱氧麦根酸三价铁螯合物转运蛋白，名称为AhYSL1，来源于豆科、落花生属、花生(A.hypogaea)品种鲁花14，是如下1)或2)的蛋白质：

1)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；