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磷是植物生长发育所需的重要营养元素之一,它是生物体内ATP、核酸、磷脂等关键分子的主要成分,并且在能量转换、蛋白质激活以及新陈代谢调节等方面都起着非常重要的作用。但是,在农业土壤中有50%-70%的磷是不能被植物直接吸收利用的有机磷,而能被植物直接利用的速效无机磷很少,由此低磷环境就成为植物正常生长的限制因素之一。植酸酶是一类能够水解有机磷(特别是植酸形式)使其释放出其中无机磷的酶类。目前很多研究运用分子遗传操作技术将植酸酶基因转入植物,增强植物表达植酸酶的能力,从而提高植物对土壤中有机磷的分解利用。
植物在低磷环境下进化形成很多低磷应答机制,该应答系统包括转录因子、磷转运体、microRNA等生物分子以及类泛素化、磷酸化等蛋白活性调节机制。其中,PHR1转录因子通过两条途径调节磷饥饿应答,在低磷胁迫应答机制中起着中心调节作用。
大豆是我国重要的油料作物,发展大豆种植业、培育大豆新品种对于发展我国畜牧业、食品业以及增强大豆产量都具有非常重要的意义。
本研究运用同源重组技术首次从羽扇豆中克隆得到其调节低磷应答的转录因子编码基因PHR1,并扩增得到了无花果曲霉中植酸酶编码基因phyA的根特异性表达单元KSA,将二者分别克隆到marker-free表达载体pX6中,得到了无选择标记的植物表达载体pX6-PHR1和pX6-KSA。此外,将PHR1基因的低磷胁迫调节功能与phyA表达单元的植酸酶分泌表达功能集于一身,构建得到了磷利用功能互补型植物表达载体pX6-PHR1-KSA。
应用液氮冻融法将植物表达载体pX6-PHR1、pX6-KSA和pX6-PHR1-KSA分别转化农杆菌EHA105,得到含有上述表达载体的植物转化工程菌。运用floral dip法将pX6-PHR1和pX6-PHR1-KSA农杆菌工程菌转化大豆中黄13,共操作185株大豆植株,得到3424个豆荚,7712粒种子。用PCR及Sourthern斑点杂交共检测pX6-PHR1转化大豆种子410粒,pX6-PHR1-KSA转化大豆种子650粒,分别得到3株阳性植株,其转化率分别为0.73%和0.47%。为进一步培育磷高效利用功能互补型植物奠定了基础。