一个调控大豆根瘤数量的GmWUS2基因功能研究

豆科植物的结瘤固氮作用在农业上具有减肥增效、改良土壤等重大意义。WUS基因在植物分生组织中具有重要作用。基于已公布的大豆基因组数据对该基因进行生物信息学分析,表明大豆WUS基因(GmWUS)和模式植物拟南芥WUS基因(AtWUS)的编码蛋白在氨基酸序列上相似度较高,但在酸性区域存在较大差异。从大豆品种天隆1号基因组中扩增获得GmWUS2基因转录起始位点上游3000 bp的启动子序列GmWUS2pro,并将其与报告基因GUS相连以获得GmWUS2pro:GUS表达载体。qRT-PCR分析发现GmWUS2基因主要在大豆的花和根瘤中表达。通过发根转化和GUS染色,发现该基因启动子在大豆的根和根瘤中都有活性。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和发根农杆菌的转化技术构建GmWUS2基因的敲除载体,同时还构建过表达GmWUS2基因载体。将构建的敲除载体和过表达载体分别导入大豆发根中,并接种根瘤菌。观察统计Gmwus2突变体发根植株和GmWUS2基因的过表达发根植株与导入空载体的对照发根植株的表型差异,发现GmWUS2基因对根瘤及叶片发育具有明显的抑制作用。本研究的初步结果说明WUS基因在根瘤发育中具有重要作用,可为大豆根和结瘤发育机制的研究提供有益线索,并为在农业生产上提高生物固氮提供潜在的新方法。