[发明专利]拟南芥基因IAR1在铁营养利用及抗旱方面的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种拟南芥基因IAR1的应用，尤其涉及一种拟南芥基因 IAR1在植物铁营养利用及抗旱方面的应用，属于基因工程技术领域。

背景技术

铁是人们最早发现的微量元素，发现至今已有两千多年的历史，铁在地球 上现存的原核生物和真核生物的生命活动中具有不可替代的功能，铁对于任 何生物有机体来说都是必不可少的矿质营养元素。植物轻度缺铁会导致叶绿 素合成减少，光合速率降低，严重缺铁时，叶绿素合成停止，新叶变黄，生物 量大幅度下降。植物缺铁不仅影响植物的生长发育，造成作物减产。植物是 人和动物地铁营养的主要来源，植物缺铁可动物和人类对铁的吸收，从而导致 贫血病的发生。

尽管地壳中铁的丰度很高，但土壤中的铁由于受土壤溶液的pH值及氧 分压的影响，几乎都是以难溶于水的Fe³⁺形式存在，因此，如果没有主动的 调节机制使植物获得充足的铁，大多数植物便会表现出缺铁症状，造成农作 物的减产，是限制农业生产。据统计，全世界约有40％的土壤缺铁，北美大 陆、地中海沿岸、前苏联南部、南美的部分地区都严重缺铁。我国南起四川 盆地，北至内蒙古高原，东至淮北平原，西到黄土高原及甘肃、青海、新疆，都 有缺铁现象的发生。虽然土壤缺铁只在一定的土类和地区存在，但由于总面 积较大，所以植物缺铁失绿成为全世界普遍关注的问题，也是植物营养学研 究的热点之一。

研究表明，植物对铁离子的吸收通过以下两种方式完成：对于双子叶植 物和非禾本科单子叶植物而言，缺铁会在根系产生多种生理及形态的变化， 如根系Fe³⁺还原酶活性的增加，净质子分泌量的增加，有机酸及酚类物质的 分泌；以及产生根尖膨大、根毛增多、根表产生转移细胞等，即所谓的机理 I；对于禾本科植物而言，根系对缺铁的反应为植物铁载体(phytosiderophores) 释放量的增加。植物铁载体对于根系铁的吸收和跨膜运输有不可替代的作用， 这一吸收过程被称为机理II。

随着分子遗传学和功能基因组学技术的发展和进步，人们通过突变体的 分析技术分离得到了一系列与土壤铁离子吸收有关的基因，如从拟南芥中分 离克隆了Fe³⁺还原酶基因(froh)、Fe³⁺螯合物还原酶的FRO2基因、Fe²⁺转运 蛋白基因IRT1，从豌豆(Pisumsativum)根中的Fe²⁺专一转运蛋白基因Rit1等， 这些基因的表达产物，组成了一套铁离子还原和吸收体系。

在供铁充足的条件下，机理I的植物首先通过Fe³⁺螯合物将溶解性的Fe³⁺螯合并还原为Fe²⁺，才能被吸收利用。在缺铁胁迫的条件下，土壤中溶解性 的Fe³⁺很少，机理I植物通过激活一种特异的H⁺-ATPas而使土壤酸化，从而 增加铁的可溶性，才能够通过根部还原酶将Fe³⁺螯合和还原。因此，缺铁条 件下，机理I植物吸收铁的一个前提条件是通过分泌作用使土壤酸化，增加 铁离子的溶解和吸收；因此，植物根际酸化能力对土壤铁营养的吸收和利用 起到十分关键的作用。虽然已有包括铁还原和运输有关的一批基因已经得到 克隆和功能验证，但是，直接参与调节缺铁引起的根际酸化的基因至今未见 报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拟南芥基因IAR1在植物铁营养利用及抗旱方 面的应用。

同时，本发明的目的还在于提供一种拟南芥基因IAR1在培育抗缺铁和抗 旱植物新品种方面的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种拟南芥基因IAR1在植 物铁营养利用及抗旱方面的应用。

所述的基因IAR1，其在Genebank中的编号为AT1G70690，该基因的CDS 序列全长为900bp，编码300个氨基酸的蛋白。

所述的基因参与H₂O₂相关植物缺铁反应过程。

所述基因的序列及其序列的全部或部分开放读码框ORF序列的不同应用 载体。

同时，本发明的技术方案还采用了一种拟南芥基因IAR1在培育抗缺铁植 物新品种方面的应用。