[发明专利]一种低磷胁迫反应调控因子ZmPHR1、编码该蛋白的基因及应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，涉及一种低磷胁迫反应调控因子ZmPHR1、编码该蛋白的基因及应用。

背景技术

土壤中磷素的缺乏是一个世界性的问题，在30-40%的可耕地中磷的浓度仅有1～10μM，这么低的磷含量不能满足植物生长和发育的需要。通常人们通过施用磷肥来保证植物正常的生长和获得较高的作物产量，然而，即使有充足的磷肥供应，大部分磷肥也会与碱性土壤中的钙离子或酸性土壤中的铝离子和铁离子形成不可溶的化合物，或者与微生物作用形成有机物质，仅有20%左右的磷素被植物吸收利用；此外，土壤中的部分无机磷通过雨水冲洗或径流进入地下水中，导致土体富营养化，而且这种情况越来越成为一个全球化的环境问题。加之，长年过多的施用无机磷肥对不可再生的磷矿资源也是一种消耗和浪费，最终导致提高了作物的产量成本。

为了解决作物磷利用率低的问题，有必要对缺磷条件下的磷利用调控机制进行认识和了解，从而采用分子育种方法改善作物的这一性状。

在缺磷条件下，植物已经形成了一系列的适应机制。已有报道，在拟南芥中有29%的转录因子与磷饥饿反应有关。转录因子诸如WRKY75、ZAT6、MYB62、BHLH32、AtPHR1和PHR1-LIKE1是不同植物中调控磷素动态平衡的主要调控子。其中，属于MYB-CC家族一员的 AtPHR1是拟南芥中第一个在转录水平上被证明对磷饥饿起调控作用的转录因子它以二聚体的形式与一系列磷饥饿响应基因启动子区域的一段不完全回文序列 (P1BS，GNATATNC)结合，从而调控相应基因的表达(Rubio et al. 2001; Franco-Zorrillaet al. 2007; Nilsson et al. 2007)。将AtPHR1进行转基因研究，结果表明，在转化后的野生型株系和突变体株系中无机磷的含量均得到了显著提高 (Bari et al. 2006; Nilsson et al. 2007)，说明AtPHR1在提高磷的利用方面起到作用。近年来，从水稻中分离出的OsPHR2与AtPHR1有些类似，过量表达OsPHR2的株系中，几个磷转运蛋白基因的表达均得到了上调，认为与茎中磷含量的提高呈正相关，从而推测OsPHR2在提高水稻磷利用效率方面也起到调节作用 (Zhou et al. 2008)。

玉米是世界上最重要的栽培作物和经济作物，大部分都生长于酸性和碱性土壤，由于磷肥很容易被土壤颗粒所吸附，导致形成不可溶性的磷化合物，影响到玉米正常生长及获得较高产量。有研究表明，玉米不同的种质材料对磷的利用效率存在基因型差异，通过温室和田间试验的磷利用效率筛选研究，只有极少部分自交系被认为属磷高效利用基因型。而磷的高效利用属于数量性状，受多基因控制，转录因子的导入，将能调控下游一系列磷利用相关功能基因的表达，对提高作物磷利用效率是一种切实可行的方法 (Century et al. 2008)。然而，到目前为止，在玉米中，尚未有与PHR1相似的转录因子的报道。

本发明通过对玉米转录因子ZmPHR1的分离、序列分析和异源功能验证等研究证明，在拟南芥中过量表达ZmPHR1，调控了一系列磷诱导基因和磷转运蛋白基因的表达，从而使植株对磷胁迫的敏感性得到了缓解，改善和提高了低磷条件下植株的长势和茎叶中磷的含量，从而为育种工作者通过遗传工程手段提高磷利用效率提供了物质基础。

发明内容

为了采用分子育种方法改善作物磷利用率低的问题，本发明提供了一种低磷胁迫反应调控因子ZmPHR1、编码该蛋白的基因及应用。

本发明是采用如下技术手段实现的：

一种玉米低磷胁迫反应调控因子ZmPHR1，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或者几个氨基酸所形成的具有同等功能的氨基酸序列。

本发明还提供了编码上述调控因子ZmPHR1的基因，所述基因的序列含有SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列。

本发明还提供了含有上述基因的植物表达载体。

所述的植物表达载体，包括：

（1）植物表达载体为pJIT163-ZmPHR1∷GFP，及其在构建过程中生成的各种中间载体，是将所述基因插入pJIT163∷GFP的Sal I 和BamH I 酶切位点之间得到的；

（2）植物表达载体为pCAMBIA1300-ZmPHR1∷GFP，及其在构建过程中生成的各种中间载体，是将限制性内切酶KpnI 和Xho I 双酶切重组质粒甲得到的小片段和限制性内切酶KpnI和SalI 双酶切pCAMBIA1300 得到的大片段连接得到的。