[发明专利]一种羽毛针禾糖转运蛋白基因SpSWEET13在促进植物根粘黏土壤中的应用

说明书

本发明公开了一种羽毛针禾糖转运蛋白基因SpSWEET13在促进植物根粘黏土壤中的应用，属于基因工程技术领域。所述羽毛针禾糖转运蛋白基因SpSWEET13的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。本发明克隆得到羽毛针禾糖转运蛋白基因SpSWEET13，并且成功构建其植物表达载体并转化，在转基因植物中研究该基因的功能，经实验证实，SpSWEET13基因在转基因植物中过量表达，促进根部对土壤的粘黏作用，该基因具有改良植物根部粘黏土壤性能的功能，这对于揭示羽毛针禾的沙套形成机理具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，特别是涉及一种羽毛针禾糖转运蛋白基因SpSWEET13在促进植物根粘黏土壤中的应用。

背景技术

北方广大地区国土沙漠化、荒漠化严重，近年频繁发生沙尘暴，严重影响生产生活。这与人们的乱砍滥伐，破坏植被有密切的关系。为阻止这一进程，用植沙是最有效的措施之一。固沙先锋植物羽毛针禾(Stipagrostispennata)根具有特殊的沙套结构，对于其发挥防风固沙、适应沙漠干旱环境等功能具有关键作用。羽毛针禾绝大多数个体的株丛下、都不同程度地积聚了一些沙粒，形成大小不等、形状不一的沙堆。密度大的羽毛针禾生长地段，由于沙堆或小沙垄彼此联合，则可形成面积更大沙层更厚的小型的复合型沙丘。羽毛针禾是沙漠里的先锋植物，具有优良的沙地生态保育意义。羽毛针禾根具有典型的有沙套结构，能起到保护根系、增强耐热性等作用，促使在植株基部形成不同高度的风积沙堆从而发挥固沙作用。

植物根部采用各种机制来增加获取资源和耐受非生物胁迫的能力(White etal.,2013a,b)，包括根毛的产生，适当的根系结构的发育，有益的共生关系的培育以及改善根际中的物理和生物土壤条件(White et al.,2013b)。在谷类和其他草类中(Duell etal.,1985；)，后一现象发生在一个被称为沙套的部位，在操作上被定义为在挖掘时与根部强烈粘附的土壤的重量。这种特性首次在Tansley等人100多年前收集的北非沙漠草中注意到的，定义为“特殊的鞘，由凝集的沙粒组成”(Volkens et al.,1897；Price et al.,1911)，并被认为仅限于禾本科(Duell et al.,1985)。最初，沙套被Volkens(1887)定义，而现在它通常被定义为当从盆或田地中移除时粘附于根的土壤的重量(McCully 1999；George et al.2014)。因此，沙套和根际这两个术语的区别在于，沙套是指物理粘附在根系上的土壤，而根际是指受根系影响的土壤(Mathesius 2015)，因此根际延伸超出了沙套的范围(York et al.2016)。

许多学者一致认为根系分泌物以及根际微生物分泌物对沙套的形成起到了重要的作用。沙套的产生与许多因素有关，包括根毛(长度，密度和形态；Haling等，2010)，根和微生物粘液(McCully et al.,1999；Barre et al.,2009)，土壤含水量(Watt et al，1994)，土壤质地(Haling et al.,2014)，菌根真菌(Moreno et al.,2007)和自由活菌(Unno et al.,2005)。它的形成是植物根系、微生物与土壤间相互作用的产物，这其间包含了复杂的生物化学过程和物理过程，与植物本身的特性有关，也与周围环境、气候密切相关。也正因为沙套形成原因复杂，所以时至今日，对于植物沙套的形成都没有一个确切的定论，存在很多的争论。

有研究表明，植物根部沙套的形成与粘液密切相关，糖类可能是影响植物沙套发育的重要关键因素。随着根尖端延伸穿过土壤，根冠粘液在玉米沙套中积累，该粘液是由许多在其末端具有中性糖的复杂寡糖分支的多糖分子组成(Wat et al.,1993)。这种粘液粘附土壤的作用主要是通过这些中性糖的羟基和土壤颗粒之间的氢键所形成。(Watt etal.,1993)。在超声处理和热水处理中，通过对粘液分子骨架的寡糖分支及其结合末端糖的破坏，可能会减少沙套的粘附和内聚。