GmSTK12基因转化大豆及对转化体生物量影响的研究

大豆GmSTK12基因编码丝/苏氨酸蛋白激酶。研究通过同源克隆方法获得大豆GmSTK12基因,并成功构建基因植物表达载体,利用农杆菌介导的子叶节转化法对大豆品种东农50作遗传转化,测定获得的3份GmSTK12基因过量表达大豆T1及T2代材料生长情况。结果表明,GmSTK12基因过量表达使大豆叶片长宽比、侧根数量、根长显著高于对照品种;叶面积从V6期开始增加,约为对照品种2倍;GmSTK12基因过量表达使植株地上部分鲜重与干重、根鲜重与干重显著高于对照品种;GmSTK12基因过量表达使植株单株粒数、单株荚数及百粒重显著高于对照品种;叶绿素含量显著提高。研究表明,GmSTK12基因具有增加大豆生物量功能。

GmSTK12生物信息学分析及表达特性分析

大豆是中国乃至世界重要的粮食作物之一。随着环境破坏加剧,导致多种非生物胁迫出现,如盐、碱、干旱等严重影响大豆产量。因此提高大豆对非生物胁迫的抵御性是目前大豆育种的首要任务。本研究对大豆基因GmSTK12进行了生物信息学分析及qRT-PCR分析验证了该基因的功能。前期RNA-seq数据分析表明该基因受GsWRKY20调控表达量上调,推测GmSTK12可能响应干旱胁迫并调控大豆始花期提前。因此对Gm STK12基因进行了进一步的研究,发现该基因属于丝/苏氨酸激酶家族(serine/throsine kinase, STK)。在盐、碱、干旱、高温、低温五种非生物胁迫下对GmSTK12基因进行了qRT-PCR验证,该基因在受到非生物胁迫时表达量均有不同程度的上调。对该基因进行不同组织表达特性分析,该基因在豆和荚中表达量最高。同时进行不同品种间的验证,该基因在东农55中表达量最高。本研究为进一步探索GmSTK12基因的表达模式及功能验证提供了理论基础。

CRISPR/Cas9介导的多基因编辑系统在大豆中的应用

自CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)基因组编辑技术发现以来,迅速在作物中得到广泛应用。但是,CRISPR/Cas9多基因编辑系统在大豆中的研究尚待开发。本文利用CRISPR/Cas9介导的多基因编辑系统,分别构建了两个载体,一个载体含6个靶点,编辑7个大豆基因(4个Glycine max ASYMMETRIC LEAVES1(GmAS1)同源基因和3个GmAS2同源基因),另一个载体含8个靶点,编辑11个G.max AGAMOUS家族同源基因(4个GmAG同源基因,2个G.max SEEDSTICK(GmSTK)同源基因和5个G.max SHATTERPROOF1(GmSHP1/2)同源基因)。大豆遗传转化后,经表型鉴定和靶点检测发现,CRISPR/Cas9介导的多基因编辑系统在大豆中成功实现了多基因编辑。当3个GmAS1同源基因和3个GmAS2同源基因同时突变时,导致大豆叶片向远轴面弯曲、皱缩且叶柄变短的表型。当2个GmSHP1同源基因和2个GmSTK同源基因同时突变时,导致豆荚停止发育的不育表型。