[發明專利]花生根瘤Fe(Ⅱ)轉運蛋白及其編碼基因

無效

• 申請號: 201010196538.6
• 申請日: 2010-06-02
• 公開（公告）號: CN101838321A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 左元梅;申紅蕓;王朋飛;熊宏春;張福鎖
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/63;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;C12N5/10;C12N15/11;A01H5/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛;王加嶺

技術領域

本發明涉及分子生物學、生理學以及基因工程等領域，具體地說，涉及一種來源于豆科作物花生根瘤的Fe(II)轉運蛋白及其編碼基因。

背景技術

氮素是農業生產中最重要的養分之一，多年來，為了維持或提高作物產量，化學氮肥用量不斷增加，給能源的需求和持續供應帶來了巨大壓力；同時，由于氮肥利用效率低，大量氮肥通過氨揮發，反硝化和淋溶徑流等途徑進入大氣、水體環境或盈余在農田生態系統中，造成了嚴重的環境污染和食品安全等問題，嚴重威脅著人類健康和生態系統的平衡穩定，也已經成為世界關注的科學熱點問題。但值得關注的是豆科植物與根瘤菌在根際微生態系統中形成的根瘤共生體，不但是一個高效的共生固氮體系而且是一個環境友好的共生系統，豆科作物可以通過高效的固氮作用減少對肥料氮的需求，從而能夠提高作物產量和達到環境保護，因此，挖掘豆科植物的生物固氮潛力對于可持續農業的發展具有重要的理論和實踐意義。

根瘤是由豆科植物根皮層細胞分化增生而形成的組織，當根瘤菌產生的結瘤因子與寄主植物專一性識別后，寄主植物根表皮細胞、皮層細胞和中柱鞘細胞發生反應并形成侵染線和根瘤原基，接著根瘤菌通過侵染線進入根瘤原基細胞內大量增殖，同時根瘤原基細胞不斷分裂，突出根表形成能夠進行生物固氮的根瘤。這主要是由于專一識別后根瘤菌和寄主豆科植物在各自的代謝方式和形態結構上會發生相應改變，共同構建出一個厭氧、高效的固氮環境。具體來講，根瘤菌的形態由桿狀變為球狀(類菌體)，被起源于寄主細胞質膜的一層稱為類菌體周膜(PBM)的生物膜所包裹，形成一個類似于細胞器的共生體，該共生體由類菌體(bacteroid)、類菌體周膜(PBM)(peribacteroid?membrane)和介于二者之間的空間(PBS)(peribacteroid?space)所組成(White?L.F.，Day?D.A.，1997.The?peribacteroid?membrane.Physiologia?Plantarum.100：30-44)。共生體形成后，二者互利共生的關系便開始了，豆科植物將部分光合作用合成的碳源和根系吸收的必需營養元素如氮、磷和微量元素如鐵等提供給類菌體，以滿足其生長及固氮所需，同時類菌體將固定的氮素供給豆科植物所用。在二者互惠的過程中，交換的能量和營養物質需借助類菌體周膜上的轉運通道或運輸載體跨過類菌體周膜，供給對方，因此，類菌體周膜上運輸載體及其轉運能力的研究極為重要。

鐵是直接參與豆科作物共生固氮的重要營養元素之一，在共生體形成、根瘤發育、類菌體高效固氮等各個環節都發揮著重要的作用。它是固氮酶、豆血紅蛋白、鐵氧還蛋白等含鐵蛋白的重要金屬組分(Dakora，D.F.1995.A?functional?relationship?between?leghaemogbin?and?nitrogenase?based?on?novel?measurements?of?the?proteins?in?legume?root?nodules.Annals?of?Botany.15：49-54.)，而根瘤的固氮酶活性和豆血紅蛋白含量是評價根瘤固氮能力的兩個重要指標。研究表明共生固氮體系對鐵的相對需求程度比豆科植物本身還要高，可見，鐵元素的充足供給是高效共生的重要保障，因此，揭示鐵元素跨類菌體周膜(PBM)運輸的途徑是為進一步如何調控豆科植物并增強其共生固氮功能發揮的重要研究內容。研究表明跨越類菌體周膜(PBM)運輸進入類菌體的鐵主要有兩種方式：一種是類菌體直接吸收和利用含鐵化合物如檸檬酸鐵(III)，第二種是植物細胞中Fe(II)通過PBM上的Fe(II)運輸載體進入共生體內部，事實上類菌體更容易利用通過Fe(II)運輸載體運輸的Fe(II)(Levier?K.，Day?D.A.，Guerinot?M.L.Iron?uptake?by?symbiosomes?from?soybean?root?nodules.Plant?Physiology.1996.111：893-900)。