【摘 要】
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大豆是一种高需氮作物,大豆和根瘤菌共生形成一种新的器官—根瘤,能够高效将无机氮转化为有机氮,被大豆吸收和利用。大豆根瘤的发生发育受到植物激素的严格调控。已有的研究表明外源施加ABA能够抑制大豆根瘤发生,但是内源ABA含量的变化在大豆共生结瘤中的作用仍未知晓。ABA的代谢对于植物内源ABA含量至关重要。ABA羟基化是ABA代谢的重要途径,植物中脱落酸羟化酶(CYP707As)能够将ABA 8号碳羟基
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大豆是一种高需氮作物,大豆和根瘤菌共生形成一种新的器官—根瘤,能够高效将无机氮转化为有机氮,被大豆吸收和利用。大豆根瘤的发生发育受到植物激素的严格调控。已有的研究表明外源施加ABA能够抑制大豆根瘤发生,但是内源ABA含量的变化在大豆共生结瘤中的作用仍未知晓。ABA的代谢对于植物内源ABA含量至关重要。ABA羟基化是ABA代谢的重要途径,植物中脱落酸羟化酶(CYP707As)能够将ABA 8号碳羟基化从而不可逆的降解ABA。大豆中是否也通过这样的调节机制调节根瘤发生中内源ABA含量?NF信号是否参与调控内源ABA含量?为了回答这两个问题,我们首先测定了接菌后大豆根部内源ABA含量的变化,发现接菌后内源ABA含量显著升高;之后我们通过生物信息学分析发现在大豆基因组中含有五个编码CYP707As的同源基因,对这些基因进行表达模式分析,发现Glyma.01G153300(GmCYP707A1a)和Glyma.09G218600(GmCYP707A1b)在根与根瘤中高表达;对这两个基因的启动子进行分析,发现GmCYP707A1a与GmCYP707A1b的启动子上都含有NIN结合位点,但是只有GmCYP707A1a的表达受到根瘤菌的诱导,说明GmCYP70ZA1a有可能参与调控根瘤发生。在毛状根体系中过表达GmCYP707A1a会导致根毛弯曲变形数目与根瘤数目减少,通过大豆子叶节转化法得到GmCYP707A1a过表达的稳定转基因植株,表型分析结果表明GmCYP707A1a过表达植株根瘤数目显著减少;同时在GmCYP707A1a过表达毛状根中ABA信号通路的标记基因GmRD22的表达下降,说明GmCYP707A1a造成ABA信号减弱抑制根瘤发生。同时在毛状根体系中下调表达GmCYP707A1a,大豆的根瘤数目减少,这说明内源ABA稳态对大豆结瘤至关重要,过低或者过高都可能抑制结瘤。其次,我们分析了 NF信号通路是否调控GmCYP707A1a的表达。GmNINa是NF信号通路中重要的转录因子,生物信息学分析表明GmCYP707A1a启动子上有GmNINa结合位点,而在GmNINa过表达的毛状根中GmCYP707A1a表达量也增加,说明GmNINa正调控GmCYP707A1a表达,最后通过酵母单杂交(Y1H)以及EMSA(Electrophoretic Mobility Shift Assays)证明了 GmNINa 可以直接结合GmCYP707A1a的启动子。本研究确定了GmCYP707A1a影响根瘤细胞内ABA稳态,对大豆结瘤必不可少;同时初步证明了 GmNINa直接调控GmCYP707A1a的表达,这说明NF信号通路可能通过GmNINa对GmCYP707A1a的调控来实现对共生结瘤中内源ABA含量的精准控制。
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