大豆GmPM31基因生物信息学、组织表达及高温高湿响应分析

sHSPs家族基因GmPM31具有典型的ACD结构域,为了预测和研究GmPM31的功能,本研究以田间劣变抗性春大豆湘豆3号为材料,分离GmPM31及其启动子序列,对该基因的结构及启动子上的顺式作用元件进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法对GmPM31的组织表达模式及高温高湿处理下的表达量变化进行分析。结果表明:GmPM31基因的ORF全长为459 bp,编码153个氨基酸,包含1个ACD保守域结构。蛋白质系统进化树分析结果显示,GmPM31与CI(Class I)亚家族的sHSPs同源性较高,表明GmPM31属于Class I sHSPs家族成员。GmPM31基因启动子中有多个逆境胁迫响应元件,包括激素应答相关元件ABRE、ERE和AAGAA-motif等,干旱和冷胁迫相关的MYB和MYC转录因子作用元件,高盐胁迫相关元件Box III,厌氧胁迫相关元件ARE等。qRT-PCR结果显示,GmPM31在成熟种子中大量表达,其次在幼荚和叶片中表达,在根、茎和花中表达量极低。种子发育过程中,GmPM31表达量呈现先上升后下降的趋势,在开花后第45天表达量达到最大。高温高湿胁迫处理96和168 h时种子中GmPM31的表达量显著高于对照组,说明高温高湿胁迫诱导种子中GmPM31上调表达。研究结果表明GmPM31参与了春大豆种子的发育以及高温高湿胁迫响应过程。

大豆GmPM31基因的功能分析及拟南芥转化

大豆GmPM31基因编码蛋白属于植物小分子热激蛋白sHSP-CI(Class I)亚家族的成员,为研究其在大豆抗逆过程中的生物学功能,对GmPM31蛋白进行亚细胞定位分析;采用酵母双杂交和双分子荧光互补方法验证Gm2-MMP与GmPM31蛋白在体内的互作关系;构建GmPM31启动子5’端不同缺失片段的植物表达载体,通过烟草叶片瞬时表达系统分析其驱动GUS基因的表达水平;利用农杆菌侵染法将GmPM31基因转化拟南芥。结果表明:大豆基质金属蛋白酶Gm2-MMP与小分子热激蛋白GmPM31存在体内互作关系。经40℃高温高湿胁迫处理,与对照组相比,P2062与P1800启动子驱动表达的GUS活性显著增加,说明-1800~-1535 bp区段对GmPM31基因响应高温高湿胁迫信号起关键作用。繁种过表达GmPM31转基因拟南芥植株,筛选得到5株T_(2)代拟南芥阳性植株。