磷吸收相關(guān)蛋白ZmPht1;5在調(diào)控植物磷吸收中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域中磷吸收相關(guān)蛋白ZmPhtl ;5在調(diào)控植物磷吸收中的應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，不僅是核酸、磷脂、ATP等重要化合 物分子的組成成分，而且還參與了包括光合作用、能量代謝、酶活調(diào)節(jié)、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等多 種重要的生理生化過(guò)程。植物主要依靠根系從土壤溶液吸收有效磷（Pi)而獲得磷素，由于 土壤中磷的有效性低且擴(kuò)散速率極慢，磷被認(rèn)為是植物最難獲得的營(yíng)養(yǎng)元素之一，也是限 制作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因子。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)靠大量施肥來(lái)增強(qiáng)土壤的供磷能力并提高作物產(chǎn) 量，然而也帶來(lái)了一系列問(wèn)題。首先，磷礦作為不可再生資源，在不斷的開(kāi)采利用中逐漸減 少，并瀕臨枯竭；其次，作物對(duì)施入土壤的磷肥的利用效率低，只有15-25%，大部分在土壤 中被固定，造成磷肥資源的巨大浪費(fèi)；第三，影響土壤環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化， 對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。因此，克隆鑒定磷高效吸收利用相關(guān)基因，通過(guò)轉(zhuǎn)基因培育磷高效作 物品種，具有重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何增加植物磷吸收。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先提供了磷吸收相關(guān)蛋白及其相關(guān)生物材料在調(diào) 控植物磷吸收量、調(diào)控植物生物量和/或促進(jìn)植物在低磷條件下對(duì)磷的吸收中的應(yīng)用。
[0005] 上述應(yīng)用中，所述磷吸收相關(guān)蛋白的名稱為ZmPhtl ;5,為如下a)或b)或c)的蛋 白質(zhì)：
[0006] a)氨基酸序列是SEQ ID No. 2所示的蛋白質(zhì)；
[0007] b)在SEQ ID No. 2所示的蛋白質(zhì)的N端或/和C端連接標(biāo)簽得到的融合蛋白質(zhì)；
[0008] c)將SEQ ID No. 2所示的氨基酸序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺 失和/或添加得到的與植物磷吸收相關(guān)的蛋白質(zhì)。
[0009] 其中，SEQ ID No. 2由509個(gè)氨基酸殘基組成。
[0010] 為了使a)中的蛋白質(zhì)便于純化，可在SEQ ID No. 2所示的蛋白質(zhì)的氨基末端或羧 基末端連接上如表1所示的標(biāo)簽。
[0011] 表1、標(biāo)簽的序列
[0012]
[0013]
[0014] 上述c)中的蛋白質(zhì)ZmPhtl ;5,所述一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/ 或添加為不超過(guò)10個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加。
[0015] 上述c)中的蛋白質(zhì)ZmPhtl ;5可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進(jìn)行生物表 達(dá)得到。
[0016] 上述c)中的蛋白質(zhì)ZmPht 1 ;5的編碼基因可通過(guò)將SEQ ID No. 1所示的DNA序列 中缺失一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的密碼子，和/或進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)的錯(cuò)義突變，和/或 在其5'端和/或3'端連上表1所示的標(biāo)簽的編碼序列得到。
[0017] 上述應(yīng)用中，所述ZmPhtl ;5相關(guān)的生物材料，為下述Al)至A20)中的任一種：
[0018] Al)編碼所述ZmPhtl ;5的核酸分子；
[0019] A2)含有Al)所述核酸分子的表達(dá)盒；
[0020] A3)含有Al)所述核酸分子的重組載體；
[0021] A4)含有A2)所述表達(dá)盒的重組載體；
[0022] A5)含有Al)所述核酸分子的重組微生物；
[0023] A6)含有A2)所述表達(dá)盒的重組微生物；
[0024] A7)含有A3)所述重組載體的重組微生物；
[0025] A8)含有A4)所述重組載體的重組微生物；
[0026] A9)含有Al)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系；
[0027] A10)含有A2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系；
[0028] All)含有A3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系；
[0029] A12)含有A4)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系；
[0030] A13)含有Al)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0031] A14)含有A2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0032] A15)含有A3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0033] A16)含有A4)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0034] A17)含有Al)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0035] A18)含有A2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0036] A19)含有A3)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0037] A20)含有A4)所述重組載體的轉(zhuǎn)基因植物器官。
[0038] 上述應(yīng)用中，Al)所述核酸分子為如下al)或a2)或a3)所示的基因：
[0039] al)其編碼序列是SEQ ID No. 1的cDNA分子或DNA分子；
[0040] a2)與1)限定的核苷酸序列具有75%或75%以上同一性，且編碼所述ZmPhtl ;5 的cDNA分子或基因組DNA分子；
[0041] a3)在嚴(yán)格條件下與1)或2)限定的核苷酸序列雜交，且編碼所述ZmPhtl ;5的 cDNA分子或基因組DNA分子。
[0042] 其中，所述核酸分子可以是DNA，如cDNA、基因組DNA或重組DNA ;所述核酸分子也 可以是RNA，如mRNA或hnRNA等。
[0043] 其中，SEQ ID No. 1由1530個(gè)核苷酸組成，編碼SEQ ID No. 2所示的氨基酸序列。
[0044] 上述調(diào)控植物磷吸收量可為增加植物磷吸收量。
[0045] 上述調(diào)控植物生物量可為增加植物生物量。
[0046] 本發(fā)明還提供了磷吸收相關(guān)蛋白及其相關(guān)生物材料在培育磷吸收量增加的、生物 量增加的和/或耐低磷的植物中的應(yīng)用。
[0047] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很容易地采用已知的方法，例如定向進(jìn)化和點(diǎn)突變的方 法，對(duì)本發(fā)明的編碼ZmPhtl ;5的核苷酸序列進(jìn)行突變。那些經(jīng)過(guò)人工修飾的，具有與本發(fā) 明分離得到的ZmPhtl ;5的核苷酸序列75%或者更高同一性的核苷酸，只要編碼ZmPhtl ;5 且具有ZmPhtl ;5功能，均是衍生于本發(fā)明的核苷酸序列并且等同于本發(fā)明的序列。
[0048] 這里使用的術(shù)語(yǔ)"同一性"指與天然核酸序列的序列相似性。"同一性"包括與本 發(fā)明的編碼SEQ ID No. 2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的核苷酸序列具有75%或更高， 或85%或更高，或90%或更高，或95%或更高同一性的核苷酸序列。同一性可以用肉眼或 計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用計(jì)算機(jī)軟件，兩個(gè)或多個(gè)序列之間的同一性可以用百分比（％) 表示，其可以用來(lái)評(píng)價(jià)相關(guān)序列之間的同一性。
[0049] 上述生物材料中，所述嚴(yán)格條件是在2XSSC，0. 1% SDS的溶液中，在68°C下雜交 并洗膜2次，每次5min，又于0. 5XSSC，0. 1% SDS的溶液中，在68°C下雜交并洗膜2次，每 次15min;或，0.1XSSPE(或0.1XSSC)、0.1%SDS的溶液中，65°C條件下雜交并洗膜。
[0050] 上述75%或75%以上同一性，可為80 %、85%、90%或95%以上的同一性。
[0051] 上述生物材料中，A2)所述的含有編碼ZmPhtl ;5的核酸分子的表達(dá)盒（ZmPhtl ; 5基因表達(dá)盒），是指能夠在宿主細(xì)胞中表達(dá)ZmPhtl ;5的DNA，該DNA不但可包括啟動(dòng) ZmPhtl ;5基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子，還可包括終止ZmPhtl ;5基因轉(zhuǎn)錄的終止子。進(jìn)一步，所述 表達(dá)盒還可包括增強(qiáng)子序列。可用于本發(fā)明的啟動(dòng)子包括但不限于：組成型啟動(dòng)子，組織、 器官和發(fā)育特異的啟動(dòng)子，和誘導(dǎo)型啟動(dòng)子。啟動(dòng)子的例子包括但不限于：花椰菜花葉病 毒的組成型啟動(dòng)子35S :來(lái)自西紅柿的創(chuàng)傷誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，亮氨酸氨基肽酶（"LAP"，Chao 等人（1999)Plant Physiol 120 :979-992);來(lái)自煙草的化學(xué)誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，發(fā)病機(jī)理相關(guān) I (PRl)(由水楊酸和BTH(苯并噻二唑-7-硫代羥酸S-甲酯）誘導(dǎo)）；西紅柿蛋白酶抑制劑 II啟動(dòng)子（PIN2)或LAP啟動(dòng)子（均可用茉莉酮酸甲酯誘導(dǎo)）；熱休克啟動(dòng)子（美國(guó)專利5， 187,267);四環(huán)素誘導(dǎo)型啟動(dòng)子（美國(guó)專利5,057,422);種子特異性啟動(dòng)子，如谷子種子特 異性啟動(dòng)子PF128
[0052] (CN101063139B (中國(guó)專利200710099169. 7))，種子貯存蛋白質(zhì)特異的啟動(dòng)子（例 如，菜豆球蛋白、napin，oleosin和大豆beta conglycin的啟動(dòng)子（Beachy等人（1985) EMBO J.4 :3047-3053))。它們可單獨(dú)使用或與其它的植物啟動(dòng)子結(jié)合使用。此處引用的 所有參考文獻(xiàn)均全文引用。合適的轉(zhuǎn)錄終止子包括但不限于：農(nóng)桿菌胭脂堿合成酶終止子 (N0S終止子）、花椰菜花葉病毒CaMV 35S終止子、tml終止子、豌豆rbcS E9終止子和胭脂 氨酸和章魚氨酸合酶終止子（參見(jiàn)，例如：〇dell等人（I985)Nature313:810 ;Rosenberg等 人（1987) Gene, 56:125 ;Guerineau 等人（1991) Mol. Gen. Genet, 262:141 ;Proudfoot (1991) Cell, 64:671 ;Sanfacon 等