水稻酸性磷酸酶基因OsPAP10c及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于植物基因工程领域。具体的说，本发明涉及一种通过PCR克隆水稻紫 色酸性磷酸酶OsPAPIOc基因，并且通过转基因技术获得超表达植物材料。还涉及利用该基 因提高作物酸性磷酸酶活性，促进作物对磷吸收和利用的效率提高。
【背景技术】
[0002] 酸性磷酸酶（Acidphosphatase,E.C. 3. 1. 3. 2)是一类非特异性的磷酸水解酶，因 其最佳的水解活性在酸性条件（pH4. 0-7. 6)因而得名。酸性磷酸酶存在于所有的植物种 类，通过切割磷脂键而将无机磷酸根离子从各种含磷化合物中释放出来。当植物处于缺磷 条件下时，植物体内和根际周围的酸性磷酸酶活性会升高（Bozzoetal.，2006)。一般认为 在缺磷条件下，细胞内的酸性磷酸酶用于降解细胞内的含磷化合物，以增加细胞质内各种 生化反应所需的磷酸根离子。在植物地上部分，胞内的酸性磷酸酶首先降解衰老叶片中的 含磷化合物，将其回收出来的磷素运送到年幼的叶片或生殖器官，以优先满足这些组织中 磷素的需求（Robinsonetal.，2012a)。在土壤中，植物根部分泌到体外的酸性磷酸酶被认 为可作用于根际周围的有机磷化合物，将其所含磷酸根离子释放出来，从而大大提高植物 可吸收利用的无机磷含量（Wangetal.，2014)。同时，植物还能分泌酸性磷酸酶至细胞壁 中，降解细胞间质中的有机磷供植物生长利用（Shaneetal.，2014)。
[0003] 磷是作物生长发育所必需的主要营养元素之一。在自然界和农田中，虽然土壤中 的总磷量十分丰富，但多属于难溶性磷或以有机磷的形式存在，不能为作物所利用，因此土 壤缺磷已成为限制农业生产的一个重要因素。土壤有效磷的不足，迫使现代农业以施用大 量的磷肥来满足农作物生长的需要。然而磷矿是一种非再生性的资源，根据国土资源部90 年代统计，我国现有27亿吨折标磷矿储量仅够使用70年左右。在世界范围内磷矿也濒临 枯竭，全球低成本的磷肥资源估计到2060年将被耗尽（Gilbert，2009)。我国优质磷肥主要 依赖进口，磷矿资源耗竭将导致磷肥价格持续上涨，制约我国农业发展。
[0004] 研究表明，某些酸性磷酸酶突变的植株，其磷素利用效率被极大的削弱，老叶中的 磷素回收能力也降低，最终导致突变植株在缺磷条件下的生长缓慢（Hurleyetal.，2010; Robinsonetal.，2012b)。相反，通过超表达酸性磷酸酶，能够提高植物对有机磷的利用效 率，促进植物的生长发育和产量。在大豆中过表达拟南芥的酸性磷酸酶AtPAP15,可使转基 因植株在以植酸为磷源的培养基或土壤中的生长优于非转基因植物（Wangetal.，2009)。 在水稻中超表达酸性磷酸酶OsPAPlOa，也能显著提高转基因植株的有机磷利用效率（Tian etal.，2012)。因此通过生物技术超表达酸性磷酸酶，进行分子育种研究有着非常良好的 应用前景，但是国内外相关的专利极少。前期发明人对所有29个水稻的紫色酸性磷酸酶进 行了系统分析，筛选了一些参与磷信号反应的紫色酸性磷酸酶。除了酸性磷酸酶OsPAPlOa 外，其他的酸性磷酸酶功能还都没有报道，这些酸性磷酸酶在磷高效分子育种中的潜力也 都不知道。与野生型对照相比，超表达水稻OsPAPlOa仅提高1. 5倍左右酸性磷酸酶，另一 项研究中超表达饭豆PvPAP3也只提高1. 8倍的酸性磷酸酶。
[0005] 参考文献如下：
[0006] Bozzo,G.G. ,Dunn,E.L. ,andPlaxton,ff.C. (2006).Differentialsynthesis ofphosphate-starvationinduciblepurpleacidphosphataseisozymesin tomato(Lycopersiconesculenturn)suspensioncellsandseedlings.Plant Cell&Environ29, 303-313 (Bozzo,G.G.，Dunn，E.L.，andPlaxton，W.C. 2006 番前中缺磷诱 导的不同酸性磷酸酶合成分析。植物细胞与环境，29, 303-313)。
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