[发明专利]大豆GmCYS20基因及应用

说明书

本发明公开了一个参与调控豆科植物共生结瘤的半胱氨酸蛋白酶抑制剂GmCYS20基因，长度为291 bp，位于大豆基因组20号染色体的8475315–8478532位，含有2个外显子和1个内含子。并公开了该基因在调控豆科植物（百脉根、紫云英、苜蓿、大豆和花生等）根瘤数目中的应用。本发明利用反转录PCR技术在大豆根尖中分离到了一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因GmCYS20，并证实了该基因是一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因；同时又通过超表达遗传转化的方法证实了该基因参与并正调控豆科植物的结瘤。这是首次证实大豆半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因GmCYS20正调控豆科植物共生结瘤，在豆科植物共生固氮上具有应用前景。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及参与调控豆科植物共生结瘤的半胱氨酸蛋白酶抑制剂GmCYS20基因及应用。

背景技术

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)在生物体内广泛存在，是一类可以与半胱氨酸蛋白酶特异性结合，并抑制其蛋白水解酶活性的蛋白质。Cystatin蛋白首先被报道参与调控植物发育过程，包括严格控制植物体内蛋白质的降解，参与贮藏蛋白的沉积和调运等生理过程。此外，cystatin蛋白通过调控半胱氨酸蛋白酶的活性，从而延缓叶片衰老过程。近年来，研究发现cystatin基因在提高植物对非生物胁迫的抗性方面具有重要作用。水稻cystatin基因OC-I通过调控半胱氨酸蛋白酶活性影响植株对胁迫的抗性。拟南芥AtCYS4和AtCYS5基因受高温诱导表达，基因的过表达增强拟南芥的耐高温能力。苹果MpCYS2、MpCYS4和MpCYS5基因分别提高转基因拟南芥对干旱、ABA和盐胁迫的抗性。野生大豆cystatin蛋白GsCPI14通过与钙结合类受体蛋白激酶GsCBRLK相互作用，参与碱胁迫反应。另外，植物cystatin蛋白对鳞翅目、鞘翅目等有害昆虫的生长抑制作用以及cystatin参与植物对病原菌入侵的防御过程等方面也得到了较为深入的研究。

综上，大量证据表明植物cystatin基因在调控植株发育，提高植物对非生物胁迫和病虫害的抗性等方面具有重要作用。但关于该类基因在豆科植物共生结瘤过程中的功能研究报道较少。本发明分离并鉴定了1个大豆cystatin基因GmCYS20，该基因受根瘤菌诱导上调表达，并且在豆科植物百脉根中超表达此基因后，结瘤数明显增多，进而显著增强豆科植物固氮能力，因此该基因在农业以及生态学上具有很重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一个参与调控豆科植物共生结瘤的半胱氨酸蛋白酶抑制剂GmCYS20基因，所述基因的序列为SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列，长度为291bp，位于大豆基因组20号染色体的8475315–8478532位，含有2个外显子和1个内含子。

本发明所述的半胱氨酸蛋白酶抑制剂GmCYS20基因编码的蛋白质，其序列为SEQID NO:2所示氨基酸序列。

本发明的再一个目的是提供一种参与调控豆科植物共生结瘤的半胱氨酸蛋白酶抑制剂GmCYS20基因在调控豆科植物(百脉根、紫云英、苜蓿、大豆和花生等)根瘤数目中的应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：