大豆磷营养高效转录因子及磷酸酶基因克隆与功能分析

土壤有效磷缺乏是影响大豆产量提高的重要生产问题。利用现代基因克隆技术挖掘磷营养高效利用基因，并将其转入不同类型大豆品种中，进而创制磷高效新种质，培育磷高效大豆新品种是解决土壤缺磷问题的重要途径之一。.本研究在已克隆获得大豆磷营养高效基因GmPTF1并初步研究其功能的基础上，以遴选的5个磷高效大豆品种（从240多份品种资源中筛选得到）为材料，进一步克隆大豆MYB转录因子、磷酸酶（植酸酶）等磷营养高效利用基因，分析基因时空表达特异性；通过构建基因超表达载体、RNAi载体和融合表达载体，将其转入模式植物中，研究基因的生物学功能及其作用机制，获得新的磷营养高效功能基因。研究结果对于转基因育种和进一步解析磷营养代谢分子机制具有重要意义。

在克隆磷高效基因GmPTF1并初步分析其功能基础上，以磷高效大豆为试材，克隆MYB转录因子、磷酸酶基因，分析基因时空表达，构建超表达、RNAi和融合表达载体，研究基因功能，获得新的磷高效利用功能基因。研究结果对于转基因育种和解析磷营养代谢分子机制有重要意义。结果如下：.① 克隆了MYB转录因子GmPHR1（GenBank HQ007311），基因包含819 bp的ORF，原核表达46 kDa蛋白；转录激活活性位点位于蛋白C端，GmPHR1位于细胞核；GmPHR1主要在大豆茎杆表达，在磷高效品种中的表达被快速诱导、持续时间长，而在低效品种中被缓慢诱导、持续时间短。低磷条件下，超表达转基因拟南芥地上部干重、根系干重、植株总干重、根冠比、最大根长优于野生型与RNAi植株，RNAi植株根系干重、植株总干重比野生型差，GmPHR1具有提高低磷条件下转基因拟南芥磷素利用效率功能。.② 克隆了酸性磷酸酶GmPAP4（GenBank HQ162477），基因包含1329 bp的ORF，原核表达61 kDa蛋白；GmPAP4位于细胞膜，有酸性磷酸酶与植酸酶活性；GmPAP4主要在大豆根系表达，植酸磷处理14-70 d，GmPAP4在磷高效品种中的表达量高于低效品种。植酸磷条件下，超表达转基因拟南芥缺磷症状较轻，生物重与磷含量显著高于野生型，RNAi株系与野生型差异不显著；超表达植株根系磷酸酶与植酸酶活性较野生型显著提高，GmPAP4具有分解利用培养基质有机磷、提高植株根际周围植酸磷利用效率功能。.③ 克隆了酸性磷酸酶GmPAP14（GenBank JN967626），基因包含1395 bp的ORF，与已报道酸性磷酸酶同源性较高。植酸磷处理14-70 d，GmPAP14在磷高效品种中的表达量高于低效品种，GmPAP14与大豆生长后期磷素高效利用相关。.④ 明确了bHLH转录因子GmPTF1生物学功能，GmPTF1位于细胞核，转录激活活性位点位于蛋白N端与C端；GmPTF1主要在大豆根系表达，且在磷高效品种中的表达量高于低效品种。低磷条件下，超表达转基因拟南芥根冠比、最大根长优于野生型与RNAi植株，RNAi植株最大根长显著低于野生型，GmPTF1有促进低磷条件下转基因拟南芥根系生长功能，与根际周围磷素高效利用密切相关。.⑤ 获国家发明专利2项，发表论文13篇，培养研究生5名。