[发明专利]大豆共生固氮脂多糖基因或其蛋白与应用

说明书

本发明涉及分子生物学技术领域，尤其涉及大豆共生固氮脂多糖基因或其蛋白与应用。本发明研究表明，大豆共生固氮脂多糖基因突变，导致GmLBP6蛋白失活后，突变体的根瘤数比野生型的根瘤数显著增多，而对突变体进行GmLBP6基因的过表达则使根瘤数目恢复至与野生型一致。利用GmLBP6作为标志物，能够实现对植物种质，特别是大豆种质固氮能力的早期鉴定。

技术领域

本发明涉及分子生物学技术领域，尤其涉及大豆共生固氮脂多糖基因或其蛋白与应用。

背景技术

大豆(Glycine max)等豆科作物与其它经济作物相比，具有一种特有的农艺性状——可以与匹配的土壤根瘤菌相互作用，形成根瘤，将空气中的氮气转化成可以直接吸收的铵。根瘤所固定的氮不仅可为宿主植物提供氮素营养，还能改良土壤，减少化肥投入。Qin L等指出，在我国东北地区，减施50％氮肥的同时接种高效根瘤菌，比常规施肥增产大豆20％以上。可见，将根瘤菌接种技术应用于农业生产，充分发挥生物固氮作用，是大豆减肥增产的重要策略之一。因此，研究大豆共生固氮的规律并且将其应用于生产实践，对于提高国产大豆竞争力以及解决农业氮源污染具有重要意义。

目前的研究表明，根瘤的形成过程为：聚集在豆科植物根毛顶端的根瘤菌分泌纤维素酶，从而将根毛细胞壁溶解以便土壤中的根瘤菌从根毛尖端侵入根的内部，在根的皮层细胞内大量繁殖。在根瘤菌侵入的刺激下，根细胞分泌一种纤维素，将感染丝包围起来，形成一条分枝或不分枝的纤维素鞘，叫做侵入线。侵入线不断地延伸，直到根的内皮层。根的内皮层处的薄壁细胞，受到根瘤菌分泌物的刺激，产生大量的皮层细胞，从而使该处的组织膨大，最后形成根瘤。随着根瘤的形成和增大，根瘤菌在根瘤细胞内继续不断分裂繁殖，使得根瘤细胞的细胞质和细胞核逐渐解体，最后几乎全部占领根瘤细胞。

刘向东的调查研究称：Wan等应用蛋白质组学技术检测了大豆根与根瘤菌的相互作用，萌发4d的幼苗经B.japonicum野生型菌株和Nodc突变体菌株处理后，收集根和根毛，用水处理过的幼苗来对比，根与根毛的蛋白质组图谱比较显示，有96个蛋白表达差异，其中，共有12个蛋白是根毛中特有的。经MALDI-TOF MS分析，一共鉴定出23个蛋白，其中几丁质酶I和胁迫诱导基因H4是根毛特有。另一方面，对照与B.japonicum野生型菌株处理的根毛采用NanoLC-Q-TOFMS/MS分析后差异表达的有16个蛋白点，其中，脂氧合酶、苯丙氨酸解氨酶和抗坏血酸过氧化物酶都是已知的对处理有反应的蛋白；也有一些是新鉴定出的。例如，肽链内切酶CLP ATP-结合酶、磷脂酶D、泡状融合酶和伴侣蛋白。10个蛋白在野生型菌株与突变体菌株处理的根毛中有表达量的变化，这组蛋白中包含一些已知的蛋白，一些新蛋白的鉴定还需要Nodc-功能表达分析。Panter等分离出大豆根瘤中环形细菌的膜蛋白，共获得17个膜蛋白的蛋白质数据，其中有6个蛋白质是已知功能的同源蛋白。Hoale等比较大豆根瘤和根线粒体的蛋白，在根线粒体中检测到特异蛋白，其中差异表达的蛋白参与根瘤的代谢。Sarma等研究大豆和土壤细菌间的共生固氮过程，利用双向电泳技术分离类菌体蛋白，证明类菌体在氮、碳代谢中表达了一个主要的、精细的蛋白网络。Larrainzar等确定了377个根瘤蛋白。Nathan等分析大豆根瘤细胞液，鉴定了69个蛋白，包括28％碳代谢，12％氮代谢，12％活性氧代谢蛋白，这些蛋白都参与了共生固氮作用。

脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharide binding protein，LBP)是一种糖蛋白，在动物中，脂多糖结合蛋白作为脂多糖的载体，与脂多糖中类脂A高度亲和，从而引起一系列的炎症反应，但此前，并没有关于脂多糖结合蛋白对豆科植物共生固氮作用存在影响的相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供大豆共生固氮脂多糖基因或其蛋白的用途，本发明通过研究表明，GmLBP1基因或蛋白能够调节根瘤数量，且不影响植株的生长，也不参与调控根固氮酶的活性。

本发明提供了如下I)～V)中的至少一种在调控植物根瘤数量中的应用，

I)、GmLBP6蛋白；