技術領域

本發明涉及基因工程領域，具體地，涉及一種基因的功能研究及其應用，更具體地，涉及紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在促進大豆菌根中磷再利用中的功能。

背景技術

磷是植物生長發育所必需的營養元素，也是限制作物生產的重要因素之一。由于磷在土壤中易被固定而難以吸收，土壤缺磷情況非常普遍。在長期的進化過程中，植物發展了許多適應機制提高土壤中磷的利用，包括根系形態構型的改變、體內和外分泌的酸性磷酸酶活性的變化、根際微生物共生等?(Wang?et?al.,?2010)。其中，酸性磷酸酶作為一種多功能的酶，在正常供磷和缺磷條件下均對植物生長和發育起著重要的作用（Tran?et?al.,?2010）。Helal（1990）研究了缺磷條件下植物體內的酸性磷酸酶活性與植物利用有機磷的關系，認為體內酸性磷酸酶活性的高低可以作為篩選磷高效植物的一個重要指標。另一方面，分泌的酸性磷酸酶則參與了土壤有機磷的水解，釋放出可溶性磷供植物吸收（Richardson?et?al.,?2001）。這充分說明酸性磷酸酶對作物磷效率至關重要。

紫色酸性磷酸酶?(Purple?acid?phosphatase，PAP)?又叫“酒石酸抗性”酸性磷酸酶，屬于雙核金屬酶家族，催化一系列磷酸酯鍵和無水氫化物的水解(kaida?et?al.,?2003)。在高等植物中，紫色酸性磷酸酶的研究大多集中在其與磷營養的關系上。在低磷脅迫下，一些紫色酸性磷酸酶基因表達增強在大豆、截型苜蓿、擬南芥和番茄等植物上均有報道(Hegeman?and?Grabau,?2001;?Bozzo?et?al.,?2004;?Xiao?et?al.,?2006;?Wang?et?al.,?2011)。在擬南芥上，已有29個紫色酸性磷酸酶基因被鑒定(Li?et?al.,?2002)。其中，來自擬南芥的紫色酸性磷酸酶AtPAP15具有較強的植酸酶活性，能促進肌醇六磷酸鹽的水解產生水溶性磷酸鹽（Zhang?et?al.,?2008）。Wang?等（2009）在大豆中過量表達AtPAP15，并利用外分泌的信號肽促使AtPAP15在根際的分泌增強，從而提高了大豆磷吸收效率和產量潛力。

在大豆上，目前共鑒定了35個紫色酸性磷酸酶基因家族成員。目前本領域技術人員只知曉在AM真菌誘導下，紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33表大量上調，但是，該基因在磷代謝中的具體功能并不清楚。

發明內容

本發明的目的是為了探明紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在磷代謝中的功能，從而為包括大豆在內的農作物磷高效利用和高產分子育種提供基因資源。

為了實現上述目的，本發明是通過以下方案予以實現的：

紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在降解叢枝中的多聚磷中的應用。

紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33在降解叢枝內膜中的有機磷的應用。

優選地，所述多聚磷為短鏈多聚磷酸鹽，所述有機磷為磷脂磷酸鹽。

現有的報道只知曉在AM真菌誘導下，紫色酸性磷酸酶基因GmPAP33表大量上調，但是，該基因在磷代謝中的具體功能并不清楚。菌根植物通過根外菌絲吸收土壤中的無機磷，并快速轉變成長鏈Poly?P轉運至根內菌絲，進入菌根真菌與寄主植物之間養分交換的主要場所—根系內皮層中的叢枝結構中，轉變成短鏈Poly-P，分解后又以無機磷的形態釋放至叢枝的膜結構轉運給寄主植物。叢枝作為養分交換的主要場所，是一個壽命短暫的結構，在植物體內通常能存活5-7天，隨后衰老死亡并降解，與此同時，大量新的叢枝結構在寄主植物內不斷形成，使菌根內的養分源源不斷地運輸給寄主植物。而一旦叢枝衰老死亡，叢枝中的多聚磷去向何處？衰老退化的叢枝內膜中的有機磷如磷脂磷酸鹽能否被植物再利用，尤其是在養分缺乏條件下，如何利用？