大豆铁代谢相关基因GmIMD的应用制造技术

技术编号:20999034 阅读:30 留言:0更新日期:2019-04-30 20:22
本发明专利技术提供大豆铁代谢相关基因GmIMD的应用,所述应用至少包括提高植物对铁元素的利用率以及提高植物叶片叶绿素含量。本发明专利技术首次揭示了GmIMD基因的生物学功能,该基因是植物中参与铁代谢过程的一个基因,特别是在大豆发育过程中涉及铁含量调控。本发明专利技术为推动植物铁代谢的深入研究,以及培育铁高效利用优质大豆新品种提供宝贵的基因资源。

Application of Iron Metabolism Related Gene GmIMD in Soybean

【技术实现步骤摘要】
大豆铁代谢相关基因GmIMD的应用
本专利技术涉及生物技术和植物遗传育种领域,具体地说,涉及大豆铁代谢相关基因GmIMD的应用。
技术介绍
铁在生物体的生命过程中起着很重要的作用,是生物体生存所必需的矿物质元素。虽然铁在地壳中含量丰富,但被生物体利用效率却非常低。豆科作物如大豆最易缺铁,因为铁是豆血红素和固氮酶的成分,植株缺铁使根瘤菌的固氮作用减弱,植株矮小,上部叶片脉间黄化,并有轻度卷曲,严重时新叶呈黄白色,叶缘附近出现许多褐色斑点,进而坏死。由于植物吸收和利用外源施加铁元素效率低的问题,为此目前还不能通过施肥来解决,只能靠植物自身吸收利用铁能力的提高来解决。因此,研究铁代谢与植物铁营养一直是目前农业界上一直讨论的热点而未有突破的问题。植物要完成正常的生长发育不仅需要从环境中吸收充足的铁,更需要铁在植物体内的高效转运和在各个器官中的合理分配从而使产量和品质得以提升,因此铁代谢相关基因的挖掘显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供大豆铁代谢相关基因GmIMD的应用。本专利技术中,通过筛选大豆突变体库找到了一个与铁代谢相关的黄化突变体,经粗定位和精细定位最后将突变体目标基因定位在2号染色体的7.29Mb-7.46Mb之间,经测序分析获得了目标基因,将其命名为GmIMD(Glycinemaxironmetabolicdisorder)。通过氨基酸同源性分析,该基因与拟南芥AtMFL1铁转运蛋白的氨基酸序列具有一定相似性。因此,推测GmIMD基因可能是一个铁转运蛋白。基因GmIMD编码的蛋白质为如下(a)或(b):(a)由SEQIDNO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质;(b)SEQIDNO:2所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。为了实现本专利技术目的,本专利技术提供大豆铁代谢相关基因GmIMD的以下任一应用:1)提高植物对铁元素利用率中的应用;2)提高植物叶片叶绿素含量中的应用;3)在植物育种中的应用。前述的应用包括:i)使植物包含基因GmIMD;或者,ii)使植物表达基因GmIMD。本专利技术所述植物为单子叶植物或双子叶植物,优选大豆。借由上述技术方案,本专利技术至少具有下列优点及有益效果:本专利技术首次揭示了GmIMD基因的生物学功能,该基因是植物中参与铁代谢过程的一个基因,特别是在大豆发育过程中涉及铁含量调控。本专利技术为推动植物铁代谢的深入研究,以及培育铁高效利用优质大豆新品种提供宝贵的基因资源。附图说明图1为本专利技术实施例1中野生型‘菏豆12’(HD12)叶片与Gmimd突变体叶片表型比较。图2为本专利技术实施例2中Gmimd基因在大豆2号染色体上的定位结果。图3为本专利技术实施例3中野生型‘菏豆12’叶片与Gmimd突变体叶片叶绿素含量比较。其中:Ca:叶绿素a;Cb:叶绿素b;Ca+b:叶绿素a+叶绿素b。图4为本专利技术实施例4中野生型‘菏豆12’与Gmimd突变体叶片中含铁量比较结果。图5为本专利技术实施例5中pCAMBIA3301-GmIMD植物过表达载体PCR检测结果。其中,M:DNAMarker(DL2000);1-4:GmIMD基因PCR产物。图6为本专利技术实施例2中“菏豆12”与Gmimd突变体的GmIMD基因序列比对结果。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术,但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明,实施例均按照常规实验条件,如Sambrook等分子克隆实验手册(SambrookJ&RussellDW,MolecularCloning:aLaboratoryManual,2001),或按照制造厂商说明书建议的条件。实施例1Gmimd突变体群体的构建及表型分析通过筛选“菏豆12”大豆伽玛辐射诱变突变体库,经过4代突变体种植、表型观察及统计分析获得了稳定遗传、符合孟德尔遗传定律(3:1分离比)的Gmimd突变体。通过与远源品种Williams82杂交构建了用于图位克隆的F2分离群体。表型观察结果表明,与野生型‘菏豆12’相比,Gmimd突变体的叶片明显呈现出边缘黄化、白化和斑点失绿的表型变化(图1)。实施例2大豆铁代谢相关基因GmIMD的定位用Gmimd与Williams82的F2分离群体进行基因定位。粗定位结果表明,突变位点位于2号染色体5.2Mb-11.4Mb之间。为进一步确定Gmimd突变体基因的位置,在2号染色体5.2Mb-11.4Mb之间区域设计新的Indel分子标记和SNP分子标记对突变体单株进行精细定位,最后将Gmimd突变体的基因定位在2号染色体的7.29Mb-7.46Mb之间170kb区间(图2)。此170kb区间内,共有20个候选基因,通过对Gmimd突变体的全基因组重测序发现,除了GmIMD基因存在碱基突变外,其它基因的基因组序列与原基因组序列完全一致。因此,我们推断致使Gmimd突变体的叶片明显呈现出边缘黄化、白化和斑点失绿的表型是由GmIMD基因突变所导致的。“菏豆12”与Gmimd突变体的GmIMD基因序列比对结果见图6。实施例3Gmimd突变体叶绿素含量的测定通过测定野生型‘菏豆12’与Gmimd突变体叶片叶绿素含量发现:野生型‘菏豆12’与Gmimd突变体的叶绿素a,叶绿素b和总叶绿素含量之间均存在显著差异。突变体较野生型叶绿a,叶绿素b,总叶绿素含量分别减少了60.91%,54.93%,59.63%(图3)。因此,我们推测该基因的突变可能导致大豆叶片叶绿素合成受阻,致使大豆突变体叶片叶绿素含量下降。实施例4Gmimd突变体叶片中铁含量的测定通过测定野生型‘菏豆12’与Gmimd突变体的叶片铁含量,结果表明,Gmimd突变体叶片铁含量较野生型‘菏豆12’叶片铁含量显著性增高(图4)。前期通过对Gmimd突变体进行图位克隆获得的基因与拟南芥AtMFL1基因具有一定的同源性,在拟南芥中AtMFL1基因定位在叶绿体上,可能参与铁转运进入叶绿体。因此,推测在大豆中GmIMD基因可能是一个铁转运蛋白,它的突变可能导致植物从体外吸收的铁大部分处于无效铁状态或无法正常转运到叶绿体中,这样就使铁不能正常运输到植物体的其它组织、器官或细胞中,从而导致铁在叶片质外体中大量积累,致使大豆突变体的叶片铁的含量增高。实施例5GmIMD基因的克隆通过RT-PCR扩增(引物为OL4989:AGGACCTCGAGAATTCATGGAGGCCAGGGTCTCAT和OL4990:CGTGGTTGTAAAGCTTTCAACCAGAGGAGACAGAGACTTC)得到GmIMD基因,并利用Clontech公司的In-FusionHD系统将其成功构建到植物表达载体pCAMBIA3301中(图5),为后期大豆遗传转化和研究基因功能奠定基础。‘菏豆12’野生型大豆的基因GmIMDCDS序列如SEQIDNO:1所示。虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本专利技术作了详尽的描述,但在本专利技术基础上,可以对之做一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本专利技术精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本专利技术要求保护的范围。序列表<110>中国科学院东北地理与农业生态研究所<120>大豆铁代谢相关基因GmIMD的应用<130>KH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大豆铁代谢相关基因GmIMD的以下任一应用:1)提高植物对铁元素利用率中的应用;2)提高植物叶片叶绿素含量中的应用;3)在植物育种中的应用;其中,基因GmIMD编码的蛋白质为如下(a)或(b):(a)由SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质;(b)SEQ ID NO:2所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。

【技术特征摘要】
1.大豆铁代谢相关基因GmIMD的以下任一应用:1)提高植物对铁元素利用率中的应用;2)提高植物叶片叶绿素含量中的应用;3)在植物育种中的应用;其中,基因GmIMD编码的蛋白质为如下(a)或(b):(a)由SEQIDNO:2所示的氨基酸序列组成的蛋白质;(b)SEQIDNO:2所示序列经取代、缺失或添加一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员:于慧杨素欣冯献忠李俊成
申请(专利权)人:中国科学院东北地理与农业生态研究所
类型:发明
国别省市:吉林,22

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