一种调控根瘤发育和/或调控根瘤固氮效率的方法及应用

本发明涉及植物基因工程，特别是涉及一种调控根瘤发育和/或调控根瘤固氮效率的方法及应用。

背景技术：

1、豆科植物与根瘤菌形成根瘤共生固氮体系，是一个高效且对环境友好的固氮方式，是减少化学氮肥用量的有效途径，在自然界的氮素循环和人类的农业生态可持续发展中起着重要作用。大豆是重要的粮油兼用作物，同时也是人类优质蛋白及畜牧业饲料蛋白的主要来源，大豆中富含的高蛋白质大部分来源于共生固氮体系所固定的氮素。大豆种植过程中各种环境因素如干旱、高低温、盐胁迫等导致根瘤提前衰老而显著降低固氮能力，最终影响大豆的品质及产量。因此，适当延缓根瘤衰老，提高大豆根瘤固氮效率，是减少氮肥施用和增加大豆产量的有力途径。

2、豆科植物根瘤共生固氮是一个高度受控的过程，生物和非生物因素都能导致根瘤衰老，如干旱和高硝酸盐水平，进而影响根瘤固氮效率。在植物衰老过程中，通常伴随着一些编码半胱氨酸蛋白酶基因的表达上调(【van de velde,w.,guerra,j.c.,de keyser,a.,de rycke,r.,rombauts,s.,maunoury,n.,mergaert,p.,kondorosi,e.,holsters,m.,andgoormachtig,s.(2006).aging in legume symbiosis.a molecular view on nodulesenescence in medicago truncatula.plant physiology 141,711-720.】和【kunert,k.j.,van wyk,s.g.,cullis,c.a.,vorster,b.j.,andfoyer,c.h.(2015).potential useofphytocystatins in crop improvement,with aparticular focus onlegumes.journal ofexperimental botany 66,3559-3570.】)，其在细胞内蛋白质降解和生物体细胞程序性死亡(pcd)等过程中都发挥着重要作用。目前尚未有关于gmcyp35或gmcyp37在调控植物根瘤衰老的报道。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种调控根瘤发育和/或调控根瘤固氮效率的方法及应用。本发明所述大豆gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白能够调控植物根瘤发育和/或根瘤固氮效率，具体包括降低根瘤固氮效率、抑制根瘤发育和促进根瘤衰老。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了大豆gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白在调控根瘤发育和/或降低根瘤固氮效率中的应用，所述调控根瘤发育包括：抑制根瘤发育和/或促进根瘤衰老；

4、所述gmcyp35蛋白的氨基酸序列如seq id no.1所示；所述gmcyp37蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

5、优选的，所述降低根瘤固氮效率包括降低固氮酶活性和/或降低豆血红蛋白基因的表达。

6、本发明还提供了与gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白相关的生物材料在调控根瘤发育和/或降低根瘤固氮效率中的应用，所述调控根瘤发育包括：抑制根瘤发育和/或促进根瘤衰老；所述gmcyp35蛋白的氨基酸序列如seq id no.1所示；所述gmcyp37蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示；

7、所述生物材料包括以下中任意一种：

8、1)编码gmcyp35蛋白或大豆gmcyp37蛋白的核酸分子；

9、2)含有1)所述核酸分子的重组载体、重组微生物或转基因植物细胞系。

10、优选的，所述编码gmcyp35蛋白的cds序列如seq id no.3所示；所述编码gmcyp37蛋白的cds序列如seq id no.4所示。

11、优选的，所述降低根瘤固氮效率包括降低固氮酶活性和/或降低豆血红蛋白基因的表达。

12、本发明还提供了上述的大豆gmcyp35蛋白或大豆gmcyp37蛋白或上述的生物材料在培育转基因植物中的应用，所述转基因植物的性状包括固氮效率提升和/或根瘤衰老延缓。

13、本发明还提供了上述的大豆gmcyp35蛋白或大豆gmcyp37蛋白或上述的生物材料在培育转基因植物中的应用，所述转基因植物的性状包括固氮效率降低和/或根瘤衰老加速。

14、优选的，所述植物包括豆科植物。

15、优选的，所述豆科植物包括大豆、苜蓿和百脉根中的一种或几种。

16、有益效果：

17、本发明提供了大豆gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白在调控根瘤发育和/或降低根瘤固氮效率中的应用，所述调控根瘤发育包括：抑制根瘤发育和/或促进根瘤衰老；所述gmcyp35蛋白的氨基酸序列如seq id no.1所示；所述gmcyp37蛋白的氨基酸序列如seqid no.2所示。本发明通过在大豆根瘤中超表达大豆gmcyp35蛋白的编码基因或超表达大豆gmcyp37蛋白的编码基因，确定了大豆gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白能够调控植物根瘤发育和/或根瘤固氮效率，具体包括降低根瘤固氮效率、抑制根瘤发育和促进根瘤衰老。从而证明了大豆gmcyp35基因或大豆gmcyp37基因为调控根瘤发育和调控根瘤固氮效率的负调控因子，由此可以通过基因编辑的手段敲除所述基因或干扰所述基因的表达，从而延缓根瘤和植物的衰老，提高植物固氮能力，这在豆科作物固氮机制研究以及农业生产上具有一定的应用前景。

技术特征：

1.大豆gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白在调控根瘤发育和/或降低根瘤固氮效率中的应用，其特征在于，所述调控根瘤发育包括：抑制根瘤发育和/或促进根瘤衰老；

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述降低根瘤固氮效率包括降低固氮酶活性和/或降低豆血红蛋白基因的表达。

3.与gmcyp35蛋白和/或大豆gmcyp37蛋白相关的生物材料在调控根瘤发育和/或降低根瘤固氮效率中的应用，其特征在于，所述调控根瘤发育包括：抑制根瘤发育和/或促进根瘤衰老；所述gmcyp35蛋白的氨基酸序列如seq id no.1所示；所述gmcyp37蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示；

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述编码gmcyp35蛋白的cds序列如seq idno.3所示；所述编码gmcyp37蛋白的cds序列如seq id no.4所示。

5.根据权利要求3或4所述的应用，其特征在于，所述降低根瘤固氮效率包括降低固氮酶活性和/或降低豆血红蛋白基因的表达。

6.权利要求1或2中所述的大豆gmcyp35蛋白或大豆gmcyp37蛋白或权利要求3～5任一项中所述的生物材料在培育转基因植物中的应用，其特征在于，所述转基因植物的性状包括固氮效率提升和/或根瘤衰老延缓。

7.权利要求1或2中所述的大豆gmcyp35蛋白或大豆gmcyp37蛋白或权利要求3～5任一项中所述的生物材料在培育转基因植物中的应用，其特征在于，所述转基因植物的性状包括固氮效率降低和/或根瘤衰老加速。

8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述植物包括豆科植物。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述豆科植物包括大豆、苜蓿和百脉根中的一种或几种。

技术总结
本发明涉及植物基因工程技术领域，特别是涉及一种调控根瘤发育和/或调控根瘤固氮效率的方法及应用。本发明通过实验确定了大豆GmCYP35蛋白和/或大豆GmCYP37蛋白能够调控植物根瘤发育和/或根瘤固氮效率，具体包括降低根瘤固氮效率、抑制根瘤发育和促进根瘤衰老。从而证明了大豆GmCYP35基因或大豆GmCYP37基因为调控根瘤发育和调控根瘤固氮效率的负调控因子，由此可以通过基因编辑的手段敲除所述基因或干扰所述基因的表达，从而延缓根瘤和植物的衰老，提高植物固氮能力，这在豆科作物固氮机制研究以及农业生产上具有一定的应用前景。

技术研发人员：肖爱芳,余海翔,朱辉,曹扬荣,吴佳姗
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15