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拟南芥AtDREB1A基因属于DREB转录因子家族,参与植物对逆境的忍耐力,大量报道表明同源或异源表达AtDREB1A基因有利于提高植物的综合抗逆性。本研究利用优化的农杆菌介导大豆子叶节遗传转化方法,将构建AtDREB1A-pZY101双元表达载体遗传转化大豆,获得24株AtDREB1A转基因大豆植株,并对这些转基因苗进行表型分析、分子鉴定以及外源赤霉素响应等分析。主要结论如下:
1)在现有农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化体系探讨了延长共培养时间和调整光周期等培养条件,发现对再生组织采用共培养5天的光周期培养可加快愈伤组织出现和脱分化,有效提高外植体的丛生芽率。
2)利用上述优化方法对构建的AtDREB1A双元表达载体进行遗传转化,获得大豆抗性植株。PCR和RT-PCR鉴定结果表明AtDREB1A已成功转入大豆基因组中并稳定表达。
3)与非转基因大豆相比,AtDREB1A转基因大豆严重矮化,过量表达AtDREB1A严重影响大豆的繁殖能力,使其生长受阻,花期延迟,结荚少。
4)对获得的AtDREB1A转基因大豆T1代植株进行外源喷施不同浓度的赤霉素,发现喷施赤霉素能够不同程度地恢复转基因植株的株高,且恢复程度随着赤霉素浓度的升高而递增。利用RT-PCR方法对赤霉素途径相关的基因分析,发现转基因植株中赤霉素代谢相关基因Gm22G6的表达量明显上升,促进主茎节间伸长的GA20ox1表达量减少,而影响主茎分枝数的GA20ox2表达量不变。由此推断过量表达AtDREB1A导致大豆GA20ox1表达量下降是转基因植株矮化的重要原因之一。
综上所述,AtDREB1A过量表达导致大豆植株矮化、生长受阻,花期延迟。分子机制的研究结果表明,过量表达AtDREB1A使GA20ox1表达量下调,缩短了大豆主茎节间距;Gm22G6对生长素的负调控作用,其表达量明显上升,从而抑制了赤霉素合成和信号转导。