技術領域

本發明屬于植物基因工程領域。具體的說，本發明涉及一種用圖位克隆技術克隆的水稻OsPHF1基因的cDNA序列，該cDNA編碼的蛋白屬于結構上與Sec12類似的伴侶蛋白，經轉基因實驗及植物組織有效磷濃度測定實驗鑒定，該基因調控水稻對磷的吸收和轉運。

背景技術

磷是植物體內核酸、磷脂和ATP的重要組成成分，其作為植物體內能量轉移的物質，能夠活化體內蛋白質、調控植物體的整個代謝過程(Marschner，1995)。在植物所需多種無機營養之中，磷作為最重要的元素之一，卻極難從土壤中獲取。盡管生態系統中磷含量豐富，但是可被植物同化吸收的磷的化學形式卻主要是無機磷-磷酸鹽(Pi)。土壤中磷酸鹽分布極不均衡，而且大多數磷酸鹽都無法自由移動，因而不利于根系的吸收(Raghothama，1999)。因此，土壤有效磷的供應狀況和植物對磷素營養的吸收能力便成為植物生長發育的主要決定因素之一(Schachtman?D?R.et?al，1998)。

地球上的磷礦作為一種不可再生資源在人類不斷的開采利用下正逐漸減少。美國地質勘探的數據顯示，2008年全球磷酸鹽開采總量為一億六千萬噸，而化肥的需求量在未來五年內將以每年2.5-3％的速率增長。長此以往，世界磷礦資源只能再支撐人類需求125年左右(Natasha?Gilbert，2009)。同時，過度施用的磷也會對環境造成巨大的危害；因此，改善作物對磷素的吸收和利用對生態和經濟都具有重要意義。

影響植物獲取磷的兩個關鍵因子是土壤中根際磷的有效性和植物根系獲取有效磷的能力。由于土壤中的有效磷含量很低，植物在生理生化代謝和根系形態等方面進行自身調節來提高對磷素的吸收能力。通過改變根系形態結構和增強分泌物質提高的土壤生物有效態磷，最終需要通過植物根系高效的吸收和轉運系統——高親和磷酸鹽轉運體(PTs)來直接吸收利用(Marschner，1995；Raghothama，1999)。

植物對磷的吸收是一個由磷酸鹽轉運蛋白介導的跨質膜的轉運過程。在大部分植物中，磷吸收系統分為低親和力系統(low-affinity?phosphate?transporter?system，Km值在mmol/L范圍內)和高親和力系統(high-affinity?phosphate?transporter?system，Km≈1.8～9.9μmol/L)兩大類(Muchhal?U?S?et?al.，1996)。高親和力磷酸鹽轉運蛋白主要負責通過根表皮細胞質膜從根圍吸收磷，而低親和力磷酸鹽轉運蛋白負責植物體內磷元素的傳導(Rae?A?L?et?al.，2003)。

絕大部分已經克隆出來的植物磷轉運蛋白基因于H₂PO₄^-/nH⁺共運體的Pht1小家族都屬于高親和力的磷轉運蛋白基因，即利用質膜上的氫離子濃度梯度來驅動植物對磷素的吸收(Raghothama?K?G.，2000)，這一家族的基因負責對磷的吸收和體內轉運的基本過程。根據基因序列相似性和轉錄分析，推斷擬南芥和水稻整個基因組可能分別含有9個和11個Pht1家族的成員，用于從土壤溶液中(包括水稻的菌根菌絲體)吸收磷以及植物體內磷的轉運(Goff?et?al.，2002；Mudge?S?R?et?al.，2002)。這些Pht1家族的磷酸鹽轉運蛋白基因主要是存在細胞質膜上(Chiou?et?al.，2001；Shin?et?al.，2004)。