本發明公開一種大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP35的應用，屬于基因工程領域。本發明通過GmPAP35在大豆整株轉化材料中的功能分析，明確了GmPAP35在植物中參與碳代謝的功能。過量表達GmPAP35能夠增加大豆株高、植株體內葡萄糖和果糖含量，從而增加大豆生物量和磷吸收量，提高大豆磷效率，為培育磷高效的轉基因作物新品種奠定了理論基礎。本發明具有通過轉基因技術促進作物碳代謝能力，從而提高植株磷效率、達到節肥高產的新用途，對發展環境友好型可持續農業具有重要的理論和實踐意義。

技術領域

本發明涉及已知基因的新功能及其新應用。具體地，本發明涉及紫色酸性磷酸酶基因GmPAP35在促進大豆碳代謝、培育磷高效轉基因豆科植物、提高作物磷效率方面的應用，屬于基因工程領域。

背景技術

磷是植物生長過程中必需的營養元素之一，在植物的整個新陳代謝過程中扮演著十分重要的角色。但是，磷易被土壤中的一些金屬離子固定形成難溶化合物難以被植物直接吸收和利用，往往造成土壤有效磷缺乏，嚴重限制了作物的生長(Raghothama,1999；Vance et al.,2003)。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，酸性磷酸酶是植物體和土壤中普遍存在的一種非常重要的水解酶，由能夠水解磷酸單酯鍵釋放出無機態磷的水解酶類組成，酸性磷酸酶也是一種誘導酶，在磷饑餓條件下，植物根系分泌酸性磷酸酶能夠水解土壤中的有機磷供植物生長(delPozo et al.,1999；Hunter and McManus,1999；Wasaki et al.,1999；Hegeman andGrabau,2001)；另一方面，在植物體內，酸性磷酸酶在有機磷的代謝及再利用過程中也起著十分重要的作用，其活性的強弱直接影響著植物體內有機磷的有效性。

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(Hegemanand 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。Liang等分析了5個菜豆紫色磷酸酶基因，發現都對低磷脅迫有響應，其中PvPAP1和PvPAP3可能參與胞外dNTPs的利用(Liang et al.,2012)。也有研究發現，酸性磷酸酶在擬南芥中通過從老葉中重新活化有機磷來提高植物對磷的利用效率，其直接參與了磷的代謝運轉過程，對植物適應低磷脅迫具有重要作用(Hurley et al.2010)。

擬南芥中一共有29個紫色酸性磷酸酶基因被鑒定(Li et al.,2002)。Sun等(Sunet al.,2012)對擬南芥紫色酸性磷酸酶基因AtPAP2的研究，首次報道了紫色酸性磷酸酶還參與調節了植物體的碳(C)代謝過程。這是對紫色酸性磷酸酶功能研究的新發現。該基因具有獨特的C-端疏水結構域，并雙向通過C端的疏水尾巴靶向質體和線粒體，過量表達AtPAP2的轉基因植株，使得擬南芥植株的抽薹提前，并顯著提高了產量。分析其代謝過程發現，AtPAP2轉基因植物地上部的糖類和三羧酸(TCA)代謝物含量明顯增多。將AtPAP2轉入亞麻里，與擬南芥相似，不僅表現出側枝增加，提早開花，產量顯著增加，蔗糖磷酸合酶活性等也是顯著上調(Zhang et al.,2012)。