本项发明揭示了GmPG39基因在大豆生长和磷效率调控中的关键作用。研究发现,GmPG39基因在大豆根系细胞壁重塑中扮演重要角色,其编码的蛋白在植物细胞壁中高度表达,并受磷营养状态的调控影响。
背景技术
大豆是我国重要的粮油作物,其广泛分布于许多国家,是五大作物之一。大豆蛋白质高达40%,含有人体不能合成的八种必需氨基酸。大豆脂肪高达20%,是食用植物油的重要原料之一。大豆中还含有人体必需的多种矿物质和维生素,加工而成的豆腐、豆芽、酱油、腐竹是生活中的必需品。大豆及其制成品在保健产品、医药、化工产品发挥重要作用。同时,大豆也是很好的养地作物,其在生长过程中根系会与根瘤菌共生固氮,对培肥改土,增产起着重要作用。然而,我国大豆的产量并不高,主要还是依赖于进口,大豆的生长受到多种因素的影响,其中,磷有效性低是影响大豆生长,限制大豆产量的主要因素之一。伴随着我国经济的不断发展和人民收入水平的不断提高,居民对于植物蛋白和食用植物油的需求和质量越来越高。然而近年来大豆单位面积产量仅基本维持在1950公斤/公顷。大豆生产力的低下不仅难以满足国民对植物蛋白和食用植物油日益增长的需求,而且在一定程度上对我国的粮食供给和产业结构造成一定威胁。
磷作为一种大量元素,在作物的生长发育过程中不可或缺,但土壤中有效磷的缺失造成了作物发育不良甚至降低产量。磷是植物体内第二大营养元素,除了碳、氧和氢之外,磷在植物中的含量仅次于氮和钾,约占其干物质重量的0.2-1.1%。磷在植物的全部生命活动中起着不可替代的作用。在生物体中,磷不仅参与核酸和磷脂等生物大分子的合成,也在能量代谢,酶促反应和信号转导中发挥重要作用充足的磷素能够提高作物的抵抗能力,包括抗旱、抗寒、抗病虫害以及抗倒伏性。磷供应不足会导致植物的生长发育受到严重影响,导致生长进程缓慢,茎叶常因花青素累积而呈现出紫红色,植株矮小,根系发育不良,衰老提前,延迟果实和种子的成熟,产量下降和品质降低。
目前,调控大豆生长与磷效率的基因资源还较少,如现有研究公开的大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP35E2、泛素结合酶GmUBC2基因、GmKIN10基因等能促进大豆生长并提高磷含量。聚半乳糖醛酸酶(PG)是植物细胞壁结构蛋白,在细胞壁结构变化中起重要作用。但PG基因在大豆中鲜有研究报道,其功能作用未得到验证,是否参与大豆生长与磷效率调控也是未知。因此,亟需挖掘更多的基因资源,对大豆的磷吸收利用效率和生长代谢调控具有重要意义。
实现思路