大豆MADS-box基因功能研究进展

MADS-box是植物体内一种重要的转录因子,其家族成员具有典型的MIKC结构、高度保守的N端MADS以及保守性较低的I域和C端。MADS-box基因广泛表达于植物的根、茎、叶、花、芽等组织部位,并参与调控花期、花器官发育、种子发育及非生物胁迫响应等过程。近年来的研究报道显示,不同MADS-box基因的表达模式不尽相同,其功能也存在较大差异。本文概述了大豆MADS-box基因家族的结构及分类,总结了大豆MADS-box基因家族花发育ABCDE模型中相关成员及SVP、SOC1、FLC等基因的研究进展。最后对大豆MADS-box的研究提出了展望,为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行大豆遗传改良和种质创新提供参考依据。

大豆RING/U-box蛋白Glyma.13G115900的克隆及其对非生物胁迫的应答

课题组前期对干旱胁迫下大豆转录组的数据分析发现大豆Glyma.13G115900基因编码一个RING/U-box蛋白,其表达水平受干旱胁迫影响显著。本研究以垦丰16大豆为试验材料,克隆Glyma.13G115900基因。氨基酸多重序列比对表明其编码的蛋白与其它物种都具有高度保守的RING/U-box结构域。构建原核表达载体pET-29b-Glyma.13G115900转化到大肠杆菌中,Glyma.13G115900蛋白在大肠杆菌中能够表达。荧光定量PCR分析表明Glyma.13G115900基因的表达量受PEG、NaCl和ABA的影响显著,但基本不受冷胁迫的诱导。经PEG和NaCl处理后,该基因表达量与CK相比呈现出显著下降的趋势,PEG处理的表达量变化比NaCl下调的更明显;在ABA诱导下与CK相比该基因的mRNA丰度呈现出先上升后下降的趋势,在4 h表达量出现峰值,推测该基因可能通过依赖于ABA途径参与非生物胁迫应答。以上结果为进一步深入研究该基因的调控途径奠定基础。

干旱胁迫下20个大豆品种抗旱性评价

选用20份大豆品种,利用PEG6000模拟干旱、旱棚盆栽方式,分别统计芽期、苗期和花期发芽率、生理、叶绿素荧光等指标,收获后测定农艺性状,同时利用抗旱系数、抗旱指数、隶属值函数法综合分析抗旱性。结果表明,不同指标或方法在大豆抗旱性鉴定中的作用存在差异,不同品种不同生育期抗旱性存在差异。综合评价全生育期抗旱性,最终筛选出3个高抗旱型品种:龙品03-311、晋豆21和艾卡166;2个抗旱型品种:绥农14和铁丰8;3个干旱敏感型品种:猫眼豆、合丰47和东农594。

GmXTH23基因的克隆及抗旱性鉴定

【目的】木葡聚糖内转糖苷酶(XTH)与细胞壁的生理活动及抗逆性密切相关。课题组前期对干旱胁迫下大豆转录组的结果进行分析,发现大豆Glyma.13G095000(GmXTH23)基因是一个编码木葡聚糖内转糖苷酶(XTH)的基因,基于GmXTH23基因表达量受干旱胁迫影响显著的事实,通过生物信息学、表达模式分析及抗性鉴定试验等研究,为进一步探究GmXTH23基因的功能提供依据,为大豆抗逆的遗传改良提供理论参考。【方法】以垦丰16大豆为试验材料克隆GmXTH23基因;利用qRT-PCR方法探究基因的表达模式;利用基因枪法进行亚细胞定位;将GmXTH23基因转入拟南芥中,并进行干旱胁迫下的表型试验;用茚三酮比色法测定游离脯氨酸含量,氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶含量,硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛含量。【结果】GmXTH23在大豆各组织中皆有表达,在茎中的表达量最高;亚细胞定位的结果表明该基因蛋白定位于细胞膜上;干旱胁迫下的表型试验结果表明,过表达GmXTH23基因的拟南芥植株发芽率、根长皆高于野生型拟南芥,复水后恢复正常的植株比例也相对较高;过表达株系与野生型株系相比其PRO含量与SOD含量较高,MDA含量较低。【结论】与野生型拟南芥相比,过表达GmXTH23基因使得拟南芥在干旱胁迫下的耐受性增强。在干旱胁迫下GmXTH23通过提高脯氨酸与超氧化物歧化酶含量、降低植物细胞在胁迫下的损伤来提高植物的抗旱性。

大豆GmPUB32基因的克隆及耐盐功能分析

泛素化系统通过介导蛋白质的翻译后修饰,参与包括细胞分化、激素应答、生物与非生物胁迫响应等多个生物学过程,其中含有U-box基因的泛素连接酶为泛素化系统的重要酶之一。课题组前期研究发现大豆Glyma.13G115900(GmPUB32)基因编码一个泛素连接酶(PUB),其表达量在根中受盐胁迫影响显著。本研究在大豆品种垦丰16中克隆得到大豆U-box家族基因GmPUB32,序列分析结果表明GmPUB32基因的开放阅读框长度为513bp,编码170个氨基酸,在其83-131个氨基酸之间含有一个RING/U-box保守结构域;亚细胞定位分析结果显示GmPUB32蛋白定位于细胞膜与细胞质中;GmPUB32基因在大豆根、茎、叶片与荚果中均能检测到不同程度的表达,在根中表达量最高,GUS组织化学染色进一步明确其在根中发挥主要作用;荧光定量PCR分析结果显示,在200 mmol/L NaCl处理后,与对照相比随着处理时间的延长GmPUB32在根中的表达量呈现出显著的下降趋势,表明GmPUB32可能参与大豆对于盐胁迫的应答过程;通过对过表达GmPUB32的T3拟南芥的盐胁迫耐受性进行分析,结果表明转基因拟南芥的萌发率、子叶绿化率与盐胁迫下的存活率均明显低于野生型,此外,GmPUB32过表达转基因毛状根的生长速率相比野生型也明显受到抑制。由此推断,GmPUB32可能作为负调控因子参与大豆对于盐胁迫的应答过程,降低植物对于盐胁迫的耐受性。

大豆GmLecRlk基因耐盐功能分析

凝集素类受体蛋白激酶属于类受体蛋白激酶(RLKs)家族,在植物的抗病防御反应、生长发育、胞内信号传导以及非生物胁迫反应过程中发挥重要作用。实验室前期对过表达抗逆转录因子GmNFYB1大豆进行转录组测序,获得了差异表达基因GmLecRlk(Glyma.07G005700),其开放阅读框长度为546 bp,编码181个氨基酸,蛋白结构域分析显示其含有两个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域,属于一种G型凝集素类受体蛋白激酶。实时荧光定量PCR结果显示,GmLecRlk基因在大豆的根、茎、叶、荚中均有不同程度的表达,在根中表达量最高;200 mmol/LNaCl处理下,GmLecRlk的mRNA丰度先降低后升高,在12 h时达到最高值,表明该基因参与大豆对盐胁迫的响应。利用发根农杆菌K599获得GmLecRlk过表达转基因发状根复合植株,在盐胁迫处理下,其存活率高于对照;在拟南芥中异源表达GmLecRlk基因,转基因拟南芥在盐胁迫处理下的萌发率、绿化率和根长均高于野生型拟南芥。综上所述,GmLecRlk参与大豆对盐胁迫的反应,过量表达基因能提高大豆和拟南芥的耐盐性,为培育和改良抗盐大豆新品种提供新的途径和理论指导。

大豆GmVIT1克隆及耐盐功能分析

植物液泡铁离子转运蛋白可维持细胞内铁离子含量,保证细胞正常生长,在植株抵抗盐碱环境过程中发挥重要作用。在大豆中克隆得到液泡铁离子转运蛋白同源基因GmVIT1,蛋白结构域分析结果表明,GmVIT1属于CCC1蛋白超家族,具有高度保守的结构域。研究发现GmVIT1具有跨膜结构,并利用YFP荧光蛋白确定GmVIT1蛋白定位在液泡膜上;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)显示,GmVIT1在大豆根、茎、叶、花、荚和种子中均表达,花中mRNA丰度相对较高;胁迫后发现,GmVIT1的mRNA积累受ABA负调控,盐胁迫下基因显著上调表达。大豆毛状根试验发现,过量表达GmVIT1的毛状根耐受150 mmol·L-1氯化钠;转基因拟南芥耐盐性试验表明GmVIT1可显著提高植物耐盐能力。