[发明专利]调控脂肪酸合成基因并促进豆科植物菌根共生的方法

说明书

本发明涉及调控脂肪酸合成基因并促进豆科植物菌根共生的方法。本发明首次揭示了脂肪酸合成酶基因在菌根共生过程中的作用，基于这些基因的功能和基因工程技术可以提高豆科植物菌根定植的数目。

技术领域

本发明属于生物技术和植物学领域；更具体地，本发明涉及调控脂肪酸合成基因并促进豆科植物菌根共生的方法。

背景技术

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza，AM)是植物与球囊菌门真菌(Glomeromycota)的丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)之间形成的一种古老而普遍的共生体系，包含了80-90％的陆生植物的共生。在菌根共生过程中，寄主植物通过菌根真菌广泛分布于土壤中的菌丝提高了对水分和无机营养的吸收，如磷酸盐和氮，从而达到降低植物化肥用量，减少水土污染，维持生态系统平衡的目标。作为回报，植物通过光合作用固定的碳水化合物最多达到20％会被转移到共生的菌根真菌中，以维持其自身细胞物质的合成，为代谢过程提供能量，从而促进孢子萌发和菌丝生长。所以，研究植物与菌根真菌共生过程中营养代谢机理具有重大的理论和实践意义。

目前普遍认同的碳在丛枝菌根共生体中流动和代谢的基本模型是：宿主植物的光和产物以己糖(Hexose)的形式输送到真菌的内生菌丝中，在内生菌丝中经过一系列的代谢途径，最终合成糖原(Glycogen)和脂类(Lipid)。两者可以沿着菌丝由内生菌丝(Intraradicular mycelia，IRM)向外生菌丝(Extraradicular mycelia，ERM)运输，并在外生菌丝中分解释放能量来满足真菌的生长和发育。

值得注意的是，在菌根真菌中含有大量的脂类，以三酰甘油(Triacylglycerol，TAG)的形式作为最主要的碳元素流通方式。它的含量可以占到孢子干重的70％，在菌丝体中可以以脂质体(Lipid body)的形式进行转运。已有的研究证实，菌根真菌的外生菌丝并不能进行脂肪酸(Fatty acid，FA)的从头合成。然而，由于内生菌丝无法从寄主植物的根内细胞上分离，所以它是否具有脂肪酸合成的代谢能力难以确定。所以目前的观点虽然认为菌根真菌中的脂肪酸确实是在共生过程中由宿主植物诱导并在IRM中进行合成的，但从同位素标记的研究结果仍然缺乏直接的证据。

随着高通量测序技术的发展，菌根真菌Rhizophagus irregularis已经获得了大量有价值的基因组和转录组数据，其中包括覆盖率达到98％的全基因组测序、孢子的单核基因组测序(菌根真菌孢子为多细胞核结构)及孢子与外生菌丝的转录组测序。在真菌中，脂肪酸合成酶(Fatty acid synthase，FAS)是由“I型”(FASI)和“II型”(FASI)两大亚基形成的一个蛋白复合物。然而，对R.irregularis所有的基因组序列信息重新分析后发现，其中并没有负责真菌长链脂肪酸(n≤16)合成的I型脂肪酸合成酶的同源基因。有趣的是，在R.irregularis基因组中却发现了参与甘油代谢途径、脂肪酸链延长(n＞16)和脂肪酸降解的酶，这些酶足以使该代谢途径正常运转。然而，在这些代谢途径中棕榈酸(16:0)是必要的底物，表明菌根真菌能利用脂肪酸作为营养并支持真菌生长。如果R.irregularis确实是FA合成缺陷型，那么真菌必然需要从它的宿主中获得脂质形式的碳源。这将推翻目前的模型中，真菌获得碳源的重要形式为糖。