[发明专利]大豆基因GmNPR1促进豆科植物根瘤产生中的应用

说明书

本发明属于生物技术领域，具体涉及大豆基因GmNPR1促进豆科植物根瘤产生中的应用。本发明利用pPOKⅡ过量表达载体，通过农杆菌介导的大豆遗传转化，快速获得转基因植株，成功将GmNPR1进行了过量表达，并对嵌合体转基因植株进行了根瘤数目统计，结果表明GmNPR1基因能够正向调控大豆根瘤数目且效果显著。本发明首次提出了NPR1能够正向调控大豆结瘤过程，并证明了大豆基因GmNPR1过量表达能够显著增加大豆根瘤数目，未来可能通过转基因、分子标记等手段应用于大豆生产和分子育种，具有十分重要的应用价值。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及大豆基因GmNPR1促进豆科植物根瘤产生中的应用。

背景技术

大豆是重要的粮油兼用作物，也是重要的工业原料和家畜良好的粗饲料。氮素是植物生长发育必需的大量营养元素，是生物体内蛋白质、核酸、叶绿素等重要组分的构成元素。大豆蛋白质含量约为40％，需氮量巨大，其氮素营养有土壤氮、肥料氮和结瘤固氮三种来源，其中结瘤固氮能够提供大豆植株50-60％的氮素(侯慧云等，2022)。结瘤固氮不仅可以提高大豆产量，还能够降低种植成本、减轻环境污染。因此，提高大豆自身固氮能力具有重要的生产意义。

根瘤作为豆科植物特有的结构，能够将空气中游离的氮气转化为铵态氮和硝态氮，进而被生物体直接吸收利用。大豆——根瘤菌共生固氮系统的建立包括信号识别、感染、侵染线形成、根瘤原基形成及根瘤成熟等过程。首先，大豆根部向土壤中分泌类黄酮信号物质，根瘤菌识别后释放结瘤因子，刺激根毛内部形成侵染线并产生根瘤原基，最后形成成熟根瘤(Svistoonoff et al.2014；Soyano et al.2021)。

公开文献已公开的包括大豆核孔蛋白基因GmNup96能够调控根瘤的产生、大豆毛状根中突变GmARF16基因能够抑制根瘤的产生。作为结瘤固氮的应用，亟待更多种类、更有效提升效果的技术的研发。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了大豆基因GmNPR1促进豆科植物根瘤产生中的应用。

在研究中发现，病程相关基因非表达子基因(non-expressor of pathogenesis-related genes 1，NPR1)是水杨酸信号通路的主要调节基因，不仅参与植物系统获得性抗性的建立，也是植物基础抗性的重要调控因子(Sandhu et al.,2009)。目前在拟南芥中鉴定到了AtNPR1基因，其启动子区域有一个W-box序列，能够被WRKY转录因子特异性识别，基因功能研究表明AtNPR1能够正向调控植物抗病性(Ishihama et al.,2012)。

作为本发明的第一个方面，在于提供了大豆基因GmNPR1促进豆科植物根瘤产生中的应用，所述大豆基因GmNPR1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

所述大豆基因GmNPR1编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。

本发明提供了一个大豆病程相关基因非表达子的编码基因GmNPR1，在对其功能进行鉴定的过程中，本发明利用过量表达载体，通过农杆菌介导的大豆毛状根遗传转化快速获得嵌合体转基因植株，成功将基因GmNPR1过量表达，结果表明过量表达基因GmNPR1能够提高大豆的根瘤数目。可见在具体实际的应用中，可以对豆科植物基因进行GmNPR1过量表达来提高其根瘤数目，增强固氮能力，进而提高大豆产量和质量。

优选的，所述豆科植物为大豆。

具体的，所述应用为增加大豆根瘤数目。

作为本发明的第二个方面，在于提供了一种植物育种方法，所述方法能够促进豆科植物根瘤产生，可以为方法(1)或方法(2)：

方法(1)为通过增加目的植物中蛋白GmNPR1的活性，获得根瘤数目多于目的植物的植株；通常来讲，基因表达量升高，会促进相应蛋白含量升高，因此推测提高GmNPR1的蛋白含量，亦可促进根瘤数目增多。