[發明專利]花生檸檬酸轉運蛋白AhFRDL1、其編碼基因及應用

有效

• 申請號: 201210348268.5
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN103665123A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 左元梅;邱巍;郭笑彤;李輝;熊宏春
• 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;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;張慶敏

技術領域

本發明涉及基因工程領域，具體地說，涉及花生檸檬酸轉運蛋白AhFRDL1、其編碼基因及應用。

背景技術

植物要維持正常的生長發育就必須不斷的從土壤中獲得多種營養元素，如大量元素N、P、K及微量元素鐵、錳、銅、鋅等。而鐵是包括植物在內的大部分有機體的必需營養元素之一。鐵在植物體中參與葉綠素的合成，參與植物體內的氧化還原反應和電子傳遞是植物細胞色素氧化酶、過氧化物酶等與呼吸有關的酶類的重要組成部分，具有催化功能，直接或間接參與植物體內的代謝過程(Imsande?J,Touraine?B.1994.N?demand?and?the?regulation?of?nitrate?uptake.Plant?Physiology.105:73-77)。雖然鐵在自然界中的豐度很高，但大多以生物有效性低的氧化態形式存在，特別是石灰性土壤上，石灰性土壤占世界土地面積的三分之一以上，高pH和高重碳酸鹽含量嚴重降低了土壤中鐵的有效性(Guerinot?ML,Yi?Y.1994.Iron:Nutritious,noxious?and?not?readily?available.Plant?Physiology.104:815-820;Schmidt?W.2003.Iron?solutions:acquisition?strategies?and?signaling?pathway?in?plants.Trends?in?Plant?Science.8:188-193)。而在我國典型的北方石灰性土壤上缺鐵同樣是影響植物生長的一個主要限制因子。

土壤溶液中的有效鐵含量非常低無法滿足植物正常的生長發育需求，植物在長期的進化過程中形成了兩種不同的活化和吸收鐵的機制，1986年，德國著名科學家和Marschner揭示了不同植物適應缺鐵脅迫的兩種反應機制：機理Ⅰ植物和機理Ⅱ植物。機理Ⅰ植物包括雙子葉植物和非禾本科單子葉植物，機理Ⅱ植物是禾本科單子葉植物(V，Marschner?H.1986.Evidence?for?a?specific?uptake?system?for?iron?phytosiderophores?in?roots?of?grasses.Plant?Physiology.80:175–180)。

機理Ⅰ植物和機理Ⅱ植物的缺鐵適應性變化包括生理變化和形態變化，形態學變化包括：根的伸長受阻，根尖膨大，側根和根毛形成增加，根表皮細胞壁向內褶皺，形成典型的轉移細胞等(Landsberg?EC.1994.Transfer?cell?formation?in?sugar?beet?roots?induced?by?latent?Fe?deficiency.Plant?Soil.165:197-205)。生理變化包括植物H⁺-ATP酶向胞外釋放質子，使土壤的pH值降低，提高土壤中鐵的有效性。

對于機理Ⅰ植物來說，主要通過兩步來完成對鐵的吸收：首先，質膜上的H⁺-ATP酶向根際釋放質子酸化根際，提高鐵的有效性。同時，根表皮質膜上的Fe³⁺還原酶將Fe³⁺還原為Fe²⁺(Robinson?NJ,Procter?CM,Connolly?EL,Guerinot?ML.1999.A?ferric-chelate?reductase?for?iron?uptake?from?soils.Nature.397:694-697)。然后，植物根系質膜上的鐵轉運蛋白IRT將Fe²⁺轉運到細胞內。每一個鐵吸收過程都有相對應的基因進行控制從而保證根系從土壤中充分吸收鐵。而機理Ⅱ植物在缺鐵情況下分泌麥根酸鐵載體，麥根酸在根際將鐵溶解，再通過細胞質膜上的YS1轉運蛋白將麥根酸鐵轉運到根細胞內（Curie?C,Panaviene?Z,Loulergue?C,Dellaporta?SL,Briat?JF,Walker?EL.2001.Maize?yellow?stripe?1encodes?a?membrane?protein?directly?involved?in?Fe(III)uptake.Nature.409:346–349）。