[发明专利]玉米与菌根真菌共生相关蛋白及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种玉米与菌根真菌共生相关蛋白及其编码基因与应用。本发明所提供的蛋白是如下(a)或(b)：(a)由序列表中序列1或2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)将序列1或2的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加，且与植物与菌根真菌共生相关的蛋白质。本发明的ZmL75基因可调控玉米与菌根真菌共生，即该基因纯合突变或缺失使玉米丧失菌根真菌共生并形成菌根结构的能力；在该基因突变或缺失的材料中表达ZmL75可使玉米恢复上述能力。ZmL75可提高植物耐盐性，恢复突变体atgpat6角果表型。本发明为植物与菌根真菌共生研究提供了新的基因资源，其可在植物耐逆育种等领域应用。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及一种玉米与菌根真菌共生相关蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

我国人口增长和生活水平持续提高对粮食需求总量不断增加，近年来我国粮食进口也不断增加。玉米是我国种植面积最大、总产最高的作物之一，近五年的玉米产量保持在全国粮食总产的39％以上 (http：//www.stats.gov.cn/，中华人民共和国国家统计局)。然而我国存量耕地多处于高强度利用，且每年还在持续减少，耕地缺口不断加大，提高玉米耐逆能力，挖掘土地产能效益扩增潜力，有助于保障国家粮食安全。

在玉米生长发育过程中，不可避免地会受到干旱、盐碱、营养等多种逆境的影响。例如磷素，是植物生长发育必需的大量营养元素，然而磷在土壤中易被固定和沉淀，低磷胁迫会导致玉米植株生长缓慢、花期延迟、结实率下降并最终导致减产。为适应胁迫环境，植物进化出了与丛枝菌根真菌共生的机制。玉米属于菌根植物，能够与菌根真菌形成互惠互利的菌根。菌根是土壤中的菌根真菌与植物根系形成的共生体。根据形态和解剖学的特征可把菌根分为外生菌根、内生菌根和内外生菌根。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza，AM)是土壤中球囊霉门的菌根真菌与植物根系形成的一种共生体，大约80％的维管显花植物能够与丛枝菌根真菌形成共生关系(Smith et al.，1997)。AM真菌的根外菌丝在土壤中的延伸不仅扩大了植物根系与土壤的接触面积，还增加了植物根系的长度，使得植物根系在更大面积范围内，将更多的养分和水分吸收进根细胞。AM真菌给宿主植物提供的最主要的营养元素是磷，还可为植物提供氮(Liu et al.，2004)等其它营养元素。AM真菌与植物的共生可增加植物的气孔导度、蒸腾速率和净光合作用(Lenoir et al.，2016)，提高植物对病原菌的抗性和对干旱、盐碱、重金属等非生物胁迫的抗性等(Evelin et al.，2009，Feng etal.， 2002，Jankong et al.，2008，Gidda et al.，2009)。植物与AM真菌的互作经历了信号识别、传导、菌丝入侵、共生界面形成、物质交换等一系列过程。这些过程涉及了大量基因的参与，前人的研究从豆科植物起始，逐渐延伸到其它双子叶植物，乃至单子叶植物。在玉米中，仅发现一类新的转运蛋白NOPE1，运输植物来源的N-乙酰氨基葡萄糖基分子，该分子作用于真菌内的启动信号，促进共生(Nadal et al.，2017)。除此之外，玉米中参与植物与 AM真菌共生的基因还知之甚少。

因此，挖掘玉米与菌根真菌共生相关基因，不仅能够在科学理论上丰富对玉米与AM 真菌共生的遗传和机理认识，又能够在生产实践上促进玉米耐逆改良、玉米可种植区域的扩大和玉米产量的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种玉米与菌根真菌共生相关蛋白及其编码基因与应用。

本发明所提供的蛋白质，名称为ZmL75，来源于玉米属的玉米(Zea mays L.)，是如下 (a)-(c)：

(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

(b)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

(c)将序列1或序列2的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加，且与玉米与菌根真菌共生相关的由序列1或序列2衍生的蛋白质。