[发明专利]一种柱花草多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1及其应用

说明书

本发明公开了一种柱花草多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1及其应用。本发明提供的多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，多聚半乳糖醛酸酶SgPG1的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。本发明表明，通过转基因柱花草毛根表达体系，证明SgPG1基因的表达能够促进柱花草根尖类边缘细胞的形成，同时证明了该基因的作用机制是通过降解低甲酯化的同型半乳糖醛酸，从而提高了细胞壁中高甲酯化的同型半乳糖醛酸比例，表明SgPG1基因具有选择性降解细胞壁低甲酯果胶从而改变细胞壁组分的功能，从而提高了植物根系对铝毒的耐受。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域。更具体地，涉及一种柱花草多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1及其应用。

背景技术

柱花草(Stylosanthes guianensis)是豆科多年丛生性草本植物，约50个品种，原产于拉丁美洲。因其产量高、草质好、易于种植等特点，成为了热带和亚热带地区广泛种植的优良牧草，是重要的豆科牧草，可作为饲草喂养牲畜、作为绿肥覆盖果园和改良土壤等。而热带以及亚热带地区主要是以酸性土壤为主，在长期的自然进化和人工选育过程中，柱花草具有较强的耐铝毒能力。铝毒和低磷是酸性土壤中限制作物生长的两个主要障碍因素，酸性土壤中活性态铝(A1³⁺)含量较高，会抑制根系生长而影响作物产量。柱花草是优质的热带豆科牧草，对酸性土壤具有良好的适应性，研究柱花草适应铝毒的生理与分子机制对培育耐铝毒作物新品种具有重要意义。

前期的研究结果显示，剥落细胞(BC)能够帮助植物适应铝毒胁迫，也有研究表明，在铝处理条件下，移除BCs会显著抑制根的伸长，增加根尖铝的积累，这表明BCs是保护根尖免受铝毒的一道屏障(Brigham et al.，2001)。虽然根尖缘细胞(BCs)或根尖类边缘细胞(BLCs)，是指从植株根冠产生的一类活细胞。但是，BLCs细胞与BCs细胞不同，其中BCs细胞是单个细胞，分散在根尖的粘液中形成松散的粘连结构；而BLCs细胞则以细胞连着细胞，形成致密的细胞鞘结构，粘连在根尖部位。因此，BLCs与BCs在某些生理生化功能上可能存在差异。

在BLCs细胞/BCs细胞从根尖分离的时候，与表皮细胞连接的细胞壁中的果胶成分会降解。而多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase，简称PG)是一类可催化果胶中多聚半乳糖醛酸裂解的果胶降解酶(McCarthy et al.，2014)。而目前对于PG基因和蛋白的研究中，多数PG是分离自茄属植、花生、烟草和拟南芥。虽然在拟南芥中的研究已揭示多聚半乳糖醛酸酶基因RCPG(At1g65570)参与了拟南芥根尖剥落细胞的形成，即该基因的突变会导致拟南芥根尖单个剥落细胞形成粘连状，而该基因的超量表达会导致剥落细胞单个细胞剥落(Kamiya et al.,2016)。但是关于多聚半乳糖醛酸酶基因是否也参与了类边缘细胞从根尖的脱落尚无明确的报道。而且，多聚半乳糖醛酸酶介导的细胞壁果胶成分的变化是否也参与了植物对土壤中铝毒害的忍耐机制尚未清楚。而在柱花草中对多聚半乳糖醛酸酶基因的研究分析也鲜有报道。

发明内容

本发明通过同源克隆，首次在柱花草中克隆到了一个表达水平与柱花草根尖类边缘细胞发育过程高度吻合的多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1，并对柱花草多聚半乳糖醛酸酶基因进行研究分析，为柱花草类边缘细胞的形成以及作用机制提供更多的理论基础。

本发明的目的是提供一种柱花草多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1。

本发明第二个目的是提供一种柱花草多聚半乳糖醛酸酶SgPG1。

本发明第三个目的是提供所述柱花草多聚半乳糖醛酸酶基因SgPG1和柱花草多聚半乳糖醛酸酶SgPG1的应用。

本发明第四个目的是提供一种重组表达载体。

本发明第五个目的是提供一种基因工程菌。

本发明第六个目的是提供一种提高植物根尖铝毒耐受能力的方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：