大豆耐低磷相关转录因子和GmWRKY75和GmWRKY6的克隆及功能分析

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磷是植物必需矿质元素之一,参与植物体内生物合成、信号转导、能量转移等重要的代谢过程。由于各种原因,土壤中的有效磷含量非常低,且是土壤中最难利用的元素之一,也是制约作物产量的重要因素之一。在长期的进化过程中,植物已经进化出一套复杂的途径来适应磷缺乏的机制,例如改变根系构型、分泌大量的有机酸、与真菌共生、改变代谢途径等形态和生化机制来应对磷缺乏。与此同时,在分子水平上的研究也在迅速发展,一些关键的调控因子已经被阐述并发挥重要的作用,例如转录因子、磷酸盐转录蛋白、非编码RNA及磷酸盐诱导基因等。然而这些研究仅限于模式植物,大豆中除转运蛋白基因(GmPT)研究有报道外,其他均未见报道,因此开展相关研究具有重要的理论和实践意义。本研究从大豆中克隆了2个与拟南芥中耐低磷相关的AtWRKY75和AtWRKY6同源性比较高的WRKY转录因子,分别命名为GmWRKY75和GmWRKY6,并对它们进行了生物信息学分析和转基因功能验证研究,获得主要结果如下:1.以拟南芥AtWRKY75和AtWRKY6序列在Phytozome和PGDD数据库中搜索,在大豆中克隆出GmWRKY75和GmWRKY6序列,其ORF分别为588 bp和1674 bp,分别位于大豆第16号和第15号染色体上,与拟南芥AtWRKY75和AtWRKY6的同源性分别为86%和80%。生物信息学分析发现GmWRKY75与AtWRKY75,GmWRKY6与AtWRKY6具有相同的结构域和相似的基因结构。多重序列比对和进化树分析结果表明,GmWRKY75和GmWRKY6与拟南芥等物种的WRKY均具有共同的保守结构域,GmWRKY75与AtWRKY75聚为一类,属于WRKY第Ⅱ亚家族的Hc,GmWRKY6与AtWRKY6聚为一类,属于WRKY第Ⅱ亚家族的Ⅱb。2.分别在低P、N、K和缺Fe胁迫下对大豆材料科丰1号进行水培处理,RT-PCR分析结果表明,GmWRKY75和GmWRKY6在4种处理条件下的表达趋势基本一致,先微弱下调再明显上调,但在各处理达到最高表达量的时间点上存在差异,低P处理在48 h时表达量最高,低K处理在36h时表达量最高,低N处理在24 h时表达量最高,缺Fe处理在6h后才缓慢上升。3.构建融合表达载体pJIT166-GFP-GmWRKY75和pJlT166-GFP-GmWRKY6,通过基因枪法轰击洋葱表皮细胞,进行亚细胞定位研究,结果表明GmWRKY75和GmWRKY6均定位在细胞核内。4.构建植物过表达载体pCAMBIA3301-Gm WRKY75和pCAMBIA3301-GmWRKY6,采用Floral dip法转化拟南芥,获得T3代转基因植株,低磷培养发现,从幼苗期到开花期直到成熟期,转基因拟南芥T3代植株的长势均好于其野生型,有效磷测定结果表明转基因拟南芥T3代植株体内的有效磷含量有高于其野生型的趋势。5.利用农杆菌介导子叶节法对GmWRKY75进行大豆遗传转化,对GmWRKY75的转化体系进一步优化,为耐低磷大豆转基因育种提供了基础。
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