[發明專利]調控脂肪酸合成基因并促進豆科植物菌根共生的方法

在審

• 申請號: 201710600445.7
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN109280670A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 王二濤;姜伊娜;王萬曉;張曉偉;王大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海生命科學研究院
• 主分類號: C12N15/53
• 分類號: C12N15/53;C12N15/54;C12N15/56;C12N15/82
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳靜

本發明涉及調控脂肪酸合成基因并促進豆科植物菌根共生的方法。本發明首次揭示了脂肪酸合成酶基因在菌根共生過程中的作用，基于這些基因的功能和基因工程技術可以提高豆科植物菌根定植的數目。

技術領域

本發明屬于生物技術和植物學領域；更具體地，本發明涉及調控脂肪酸合成基因并促進豆科植物菌根共生的方法。

背景技術

叢枝菌根(Arbuscular mycorrhiza，AM)是植物與球囊菌門真菌(Glomeromycota)的叢枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)之間形成的一種古老而普遍的共生體系，包含了80-90％的陸生植物的共生。在菌根共生過程中，寄主植物通過菌根真菌廣泛分布于土壤中的菌絲提高了對水分和無機營養的吸收，如磷酸鹽和氮，從而達到降低植物化肥用量，減少水土污染，維持生態系統平衡的目標。作為回報，植物通過光合作用固定的碳水化合物最多達到20％會被轉移到共生的菌根真菌中，以維持其自身細胞物質的合成，為代謝過程提供能量，從而促進孢子萌發和菌絲生長。所以，研究植物與菌根真菌共生過程中營養代謝機理具有重大的理論和實踐意義。

目前普遍認同的碳在叢枝菌根共生體中流動和代謝的基本模型是：宿主植物的光和產物以己糖(Hexose)的形式輸送到真菌的內生菌絲中，在內生菌絲中經過一系列的代謝途徑，最終合成糖原(Glycogen)和脂類(Lipid)。兩者可以沿著菌絲由內生菌絲(Intraradicular mycelia，IRM)向外生菌絲(Extraradicular mycelia，ERM)運輸，并在外生菌絲中分解釋放能量來滿足真菌的生長和發育。

值得注意的是，在菌根真菌中含有大量的脂類，以三酰甘油(Triacylglycerol，TAG)的形式作為最主要的碳元素流通方式。它的含量可以占到孢子干重的70％，在菌絲體中可以以脂質體(Lipid body)的形式進行轉運。已有的研究證實，菌根真菌的外生菌絲并不能進行脂肪酸(Fatty acid，FA)的從頭合成。然而，由于內生菌絲無法從寄主植物的根內細胞上分離，所以它是否具有脂肪酸合成的代謝能力難以確定。所以目前的觀點雖然認為菌根真菌中的脂肪酸確實是在共生過程中由宿主植物誘導并在IRM中進行合成的，但從同位素標記的研究結果仍然缺乏直接的證據。

隨著高通量測序技術的發展，菌根真菌Rhizophagus irregularis已經獲得了大量有價值的基因組和轉錄組數據，其中包括覆蓋率達到98％的全基因組測序、孢子的單核基因組測序(菌根真菌孢子為多細胞核結構)及孢子與外生菌絲的轉錄組測序。在真菌中，脂肪酸合成酶(Fatty acid synthase，FAS)是由“I型”(FASI)和“II型”(FASI)兩大亞基形成的一個蛋白復合物。然而，對R.irregularis所有的基因組序列信息重新分析后發現，其中并沒有負責真菌長鏈脂肪酸(n≤16)合成的I型脂肪酸合成酶的同源基因。有趣的是，在R.irregularis基因組中卻發現了參與甘油代謝途徑、脂肪酸鏈延長(n＞16)和脂肪酸降解的酶，這些酶足以使該代謝途徑正常運轉。然而，在這些代謝途徑中棕櫚酸(16:0)是必要的底物，表明菌根真菌能利用脂肪酸作為營養并支持真菌生長。如果R.irregularis確實是FA合成缺陷型，那么真菌必然需要從它的宿主中獲得脂質形式的碳源。這將推翻目前的模型中，真菌獲得碳源的重要形式為糖。