[发明专利]磷酸盐转运子的转运协助因子GmPHF1b的应用

说明书

本发明提供了磷酸盐转运子的转运协助因子GmPHF1b的应用，具体是GmPHF1b基因促进豆科植物对磷的获取，进而促进结瘤固氮，在氮、磷协同高效方面的应用。通过同源比对，克隆了一个叶、茎、根、根瘤和花中均有表达的基因GmPHF1b，并证明了GmPHF1b基因编码的蛋白与控制根瘤磷获取的磷转运蛋白GmPT5/GmPT7互作，过量表达GmPHF1b显著增加了大豆的根瘤数量和根瘤重量，提高了根瘤固氮酶活性，进而增加了氮、磷含量和生物量，最终增加了大豆的产量。

技术领域

本发明涉及基因的应用，具体涉及磷酸盐转运子的转运协助因子GmPHF1b的应用，属于生物技术领域。

背景技术

大豆（Glycine max）起源于中国，是世界范围内重要的粮油作物（Palander etal., 2005）。我国对大豆的需求量日益增加，已成为世界上最大的大豆进口国，大豆对外依赖度达到87%。因此，通过提高大豆产量来解决我国大豆生产的供需矛盾迫在眉睫。热带亚热带地区由于常年高温多雨，土壤不仅酸化严重，而且大部分土壤氮/磷有效性较低，已成为限制该地区农业生产的主要因素。氮是限制植物生长和产量的首要因素。研究表明，大豆在鼓粒期间需要大量的氮素，该时期氮代谢水平显著影响大豆的产量，适量施用氮肥能够显著提高大豆植株干物质积累量及产量（董守坤等，2010；夏玄，2014）。磷也是限制植物生长的主要矿质营养元素，磷有效性显著影响大豆的生长和发育。研究表明，适量施用磷肥可以增加大豆植株抗旱、抗倒伏性，增加植株对矿质元素的吸收，促进干物质积累和产量形成（张小明等，2016）。但是，在大豆达到最大产量之后继续施用氮肥或磷肥，不但不能增产，反而会导致减产（董守坤等，2010；王建国等，2006）。并且过量施用化肥不仅造成资源消耗，还会污染环境，造成土壤酸化、水体富营养化等（Guo et al., 2010；Zhang et al., 2013）。此外，由于淋失、挥发和反硝化等作用，施用的当季氮肥利用率不到 50%（Xu et al.,2011），而施入土壤的大部分磷肥易被土壤固定，形成难溶性的化合物，当季利用率不到30%（Qin et al., 2012a）。可见，单纯通过施肥并不能经济有效地解决土壤缺氮、缺磷等问题。因此，通过遗传改良的手段，充分挖掘植物自身潜力，培育氮、磷协同高效的作物品种，有利于满足环境友好型的可持续农业的发展需求。

豆科植物能与固氮微生物根瘤菌共生，形成根瘤，进行共生固氮（Garg et al.,2009）。磷有效性显著影响豆科植物根瘤的生长发育。适当供磷能增加根瘤数、根瘤重及固氮酶活性，进而增加植株的生物量和磷含量（Chen et al., 2011c；Qin et al., 2012a）。有研究表明，大豆叶片和根的可溶磷浓度在高低磷之间的变化很大，而根瘤的可溶磷浓度在高低磷之间的变化相对平稳，说明根瘤在低磷胁迫下具有调控磷平衡的能力，以满足其生长和固氮对磷的大量需求（Qin et al., 2012a）。Pht1 磷转运蛋白在植物对磷的吸收和运转过程中起重要作用。2012年，Qin等人报道了大豆Pht1家族高亲和力的磷转运蛋白GmPT5参与磷从大豆根系向根瘤的转运（Qin et al., 2012a）。磷转运蛋白GmPT7则参与根瘤对磷的直接吸收，以及参与磷从宿主细胞运转至根瘤菌（Chen et al., 2018）。