一种植物耐低磷重要基因GmCXIP1-1及其应用

本发明属于植物基因工程。更具体地，涉及一种植物耐低磷重要基因gmcxip1-1及其应用。

背景技术：

1、大豆(glycine max)是一种重要的豆科作物，是动物饲料中蛋白质和油的主要来源，属于高蛋白粮饲兼用作物，在我国栽培历史悠久，种植区域广泛。同时大豆作为世界上种植最广泛的作物之一，它是人类最重要的植物蛋白和油脂来源，也是目前生物柴油生产的主要原料。随着全国耕地不断减少，大豆种植面积大范围降低，而人们对于大豆的需求量明显增加，导致国内大豆生产供不应求，大量国外质优价廉的大豆涌入国内市场。因此，大力发展大豆种植是解决我国大豆供不应求的重要举措。

2、我国南方水热条件充足，适合大豆生产。但南方土壤大多为酸性土壤，在酸性土壤中，低磷胁迫因子严重限制了大豆的产量(zhang and xu,2005；wang et al.,2010；liu etal.,2020)，施用的磷肥很容易被土壤中的铁和铝离子等固定，形成难溶性磷。虽然土壤中储存了大量的磷素，但能够为植物直接吸收和利用的有效磷的含量远远不能满足大豆正常生长发育的需要。酸性土壤磷有效性低已成为限制大豆生产的重要原因之一(严小龙等,2000；zhang et al.,2005；wang et al.,2010；ham et al.,2018)。因此，提高大豆对酸性土壤中低磷胁迫的适应能力，促进大豆的生产，对我国的农业和经济的持续发展具有十分重要的意义。

3、钙(ca2+)是植物生长发育所必需的关键阳离子和主要营养元素，也是细胞信号转导中重要的第二信使，ca2+通过各种离子输入和输出机制维持细胞质和液泡中的平衡。cax基因家族属于ca2+阳离子反转运蛋白(caca)超家族成员，可以运输金属阳离子，如ca、mn、zn和cd，通过液泡膜增强植物的抗旱性(等人，2001；cheng等，2002；koren’kov等人，2007；socha和guerinot,2014；yamada et al.，2014)。cxip基因家族是一组与cax n端相互作用调节cax向ca2+转运的独特蛋白，目前为止对cxip基因的研究很少，只对模式植物拟南芥中的cxip1和cxip4进行了研究(cheng and hirschi,2003；cheng等人，2004)。目前，cxip基因尚未在任何其他植物物种中被克隆报道，其具体相关的功能和作用未知。而且，cxip基因是否也参与了植物对土壤中磷胁迫的相关机制尚不清楚，在大豆中对cxip基因的研究分析也鲜有报道。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有cxip基因的不足，提供一种植物耐低磷重要基因gmcxip1-1及其应用。

2、本发明的第一个目的是提供一种植物耐低磷胁迫的gmcxip1-1基因。

3、本发明的第二个目的是提供gmcxip1-1基因的编码蛋白。

4、本发明的第三个目的是提供述gmcxip1-1基因或其表达促进剂、或权利要求2所述编码蛋白的应用。

5、本发明的第四个目的是提供一种重组表达载体。

6、本发明的第五个目的是提供一种基因工程菌。

7、本发明的第六个目的是提供一种低磷胁迫下促进植物生长的制剂或提高植物根系耐低磷胁迫能力的制剂。

8、本发明的第七个目的是提供一种促进植物根系生长和/或提高植物对低磷胁迫耐受性的方法。

9、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

10、本发明通过实时荧光定量pcr和同源克隆的方法，首次在大豆中克隆得到一个参与植物体内阳离子转运(与cax基因家族相关)的cxip家族的gmcxip1-1基因，其核苷酸序列如seq id no:1所示，gmcxip1-1基因的编码蛋白的氨基酸序列如seq id no:2所示。本发明研究发现gmcxip1-1在基因转录水平受低磷胁迫显著上调表达，且随着磷处理时间的延长，其表达量明显增加。再通过拟南芥转基因技术获得超量gmcxip1-1表达的拟南芥转基因植株材料，显示gmcxip1-1基因具有调控大豆根系适应低磷胁迫的功能；同时，能减少低磷胁迫对植物根系生长的抑制作用。

11、因此，本发明提供seq id no:1所示gmcxip1-1基因或其表达促进剂、或seq idno:2所示gmcxip1-1蛋白的以下应用：

12、在低磷胁迫下促进植物生长或在制备低磷胁迫下促进植物生长的制剂中的应用。

13、在减少低磷胁迫对植物根系生长的抑制作用方面的应用。

14、在提高植物根系耐低磷胁迫能力中的应用。

15、在培育耐低磷植株中的应用。

16、本发明提供一种重组表达载体，含上述gmcxip1-1基因。

17、本发明提供一种基因工程菌，含上述重组表达载体。

18、本发明还提供一种低磷胁迫下促进植物生长的制剂或提高植物根系耐低磷胁迫能力的制剂，含gmcxip1-1基因或其表达促进剂。

19、本发明还提供一种促进植物根系生长和/或提高植物对低磷胁迫耐受性的方法，在植物中超量表达gmcxip1-1基因。

20、优选地，通过基因编辑技术，正调控植物中gmcxip1-1基因表达水平或蛋白活性来促进植物根系生长和/或提高植物对低磷胁迫耐受性。

21、优选地，构建超量表达gmcxip1-1基因的表达载体，转化植株，得到促进植物根系生长和/或提高植物对低磷胁迫耐受性的转基因植株。

22、本发明具有以下有益效果：

23、本发明公开了一种植物耐低磷重要基因gmcxip1-1及其应用。本发明首次在大豆中克隆得到一个参与植物体内阳离子转运的cxip家族gmcxip1-1基因。研究显示gmcxip1-1基因受低磷胁迫诱导表达上调，且随着磷处理时间的延长，其表达量明显增加；在不同磷浓度处理条件下，超量表达gmcxip1-1明显能增加转基因植物的生物量，在低磷条件下促进植物生长；同时，超量表达gmcxip1-1能提高植物对低磷胁迫能力的耐受能力，减少低磷对植物根系生长的抑制作用。

24、本发明公开了大豆gmcxip1-1基因在调控植物适应低磷胁迫促生长中的应用，显示大豆的cxip基因参与了植物调节土壤磷胁迫的相关机制，gmcxip1-1正调控植物根系适应低磷的能力，表明gmcxip1-1对植物适应低磷胁迫具有重要作用，能通过转基因技术提高植物对酸性土壤低磷胁迫的适应能力。

技术特征：

1.一种植物耐低磷毒胁迫的gmcxip1-1基因，其特征在于，其核苷酸序列如seq id no:1所示。

2.权利要求1所述gmcxip1-1基因的编码蛋白，其特征在于，所述蛋白的氨基酸序列如seq id no:2所示。

3.权利要求1所述gmcxip1-1基因或其表达促进剂、或权利要求2所述编码蛋白在低磷胁迫下促进植物生长或在制备低磷胁迫下促进植物生长的制剂中的应用。

4.权利要求1所述gmcxip1-1基因或其表达促进剂、或权利要求2所述编码蛋白在降低磷胁迫对植物根系生长的抑制作用方面的应用。

5.权利要求1所述gmcxip1-1基因或其表达促进剂、或权利要求2所述编码蛋白在提高植物根系耐低磷胁迫能力或在制备提高植物根系耐低磷胁迫能力的制剂中的应用。

6.权利要求1所述gmcxip1-1基因或其表达促进剂、或权利要求2所述编码蛋白在培育耐低磷植株中的应用。

7.一种重组表达载体，其特征在于，含有权利要求1所述gmcxip1-1基因。

8.一种基因工程菌，其特征在于，含有权利要求7所述重组表达载体。

9.一种低磷胁迫下促进植物生长的制剂或提高植物根系耐低磷胁迫能力的制剂，其特征在于，含权利要求1所述gmcxip1-1基因或其表达促进剂。

10.一种促进植物根系生长和/或提高植物对低磷胁迫耐受性的方法，其特征在于，在植物中超量表达权利要求1所述gmcxip1-1基因。

技术总结
本发明公开了一种植物耐低磷重要基因GmCXIP1‑1及其应用。本发明首次在大豆中克隆得到一个参与植物体内阳离子转运的CXIP家族GmCXIP1‑1基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。研究显示GmCXIP1‑1基因受低磷胁迫诱导表达上调，在不同磷浓度处理条件下，超量表达GmCXIP1‑1明显能增加转基因植物的生物量，在低磷条件下促进植物生长；同时，超量表达GmCXIP1‑1能提高植物对低磷胁迫能力的耐受能力，减少低磷对植物根系生长的抑制作用。表明GmCXIP1‑1对植物适应低磷胁迫具有重要作用，能通过转基因技术提高植物对酸性土壤低磷胁迫的适应能力。

技术研发人员：梁翠月,王若彤,田江,刘国选
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1