大豆PHD-finger转录因子GmPHD3参与高温高湿等胁迫的功能研究

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大豆(Glycine max(L.)Merrill)是主要的植物蛋白来源,也是主要的油料作物,我国的大豆种植历史悠久,大豆品种众多。我国南方春大豆产区,夏季高温多雨,这种高温高湿的环境影响了大豆种子的发育,导致部分籽粒在田间条件下发生劣变,种子活力出现下降,种用价值下降。本实验室前人对种子劣变抗性品种湘豆3号和不抗品种宁镇1号进行双向电泳筛选到差异表达蛋白GmSBH1,并以其启动子区域顺式作用元件HSE为诱饵,通过酵母单杂交实验筛选到PHD-finger家族转录因子GmPHD3。在此基础上,开展了一系列实验,主要研究结果如下:从湘豆3号和宁镇1号品种的叶片中分离得到目标序列比对结果显示完全一致,ORF全长为738bp,编码246个氨基酸,包含Alfin和PHD-finger两个结构域,与野大豆ALFIN-LIKE 4-like蛋白的亲缘关系最近;亚细胞定位结果显示其在细胞核内表达。GmPHD3基因在湘豆3号成熟的荚中的表达量最高,其次是花、叶和成熟的籽粒,而在宁镇1号中,该基因在花和成熟籽粒中表达量较高;湘豆3号在经过高温高湿胁迫6h时基因表达量最高,显著高于空白对照组,随后开始下降,24 h时基因表达量持续增加,宁镇1号在胁迫168 h时表达量最高,在24h时表达量最低,对胁迫后的大豆胚芽生活力进行检测发现,与空白对照相比,宁镇1号品种胚芽生活力下降的更多;湘豆3号的幼苗在干旱胁迫12h时基因表达量最高,宁镇1号在胁迫6h时基因表达量最高;湘豆3号幼苗在盐胁迫6 h时基因表达量最高,宁镇1号在24 h时基因表达量最高;湘豆3号和宁镇1号幼苗均在ABA诱导24 h时基因表达量最高。构建融合GmPHD3基因的重组表达载体,使用农杆菌介导法转化拟南芥花序,对经过转化后收获的拟南芥种子进行Kan抗生素筛选得到8个候选阳性株系,继续对候选株系进行抗生素筛选至T3世代,同时进行PCR鉴定,确定4个阳性株系,命名为:PHD-1、PHD-3、PHD-4和PHD-6;对拟南芥的生长状况进行观察,在第三周时,转基因拟南芥莲座叶的数量多于野生型;待生长至第六周时,过表达拟南芥比野生型拟南芥分化出更多的分枝;在高温高湿胁迫下,过表达株系的SOD、CAT和POD三种抗氧化酶活性均高于野生型对照,处理组高于对照组;过表达株系中的抗氧化物质MDA含量也低于野生型株系;对胁迫后的拟南芥种子进行标准发芽实验,过表达拟南芥株系的种子发芽率更高,且种子生活力下降幅度小于野生型拟南芥;对种子在逆境下的萌发和幼苗生长进行观察发现过表达株系拟南芥对干旱、盐胁迫和ABA处理的抗性高于野生型株系;拟南芥种子活力测定结果显示:人工加速老化处理后,过表达拟南芥种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均高于野生型拟南芥;以GmPHD3蛋白为诱饵,对高温高湿胁迫后的大豆籽粒cDNA文库进行筛选,筛选测序得到3个候选蛋白,它们分别为MIEL1(锌离子结合蛋白)、SUVR4(组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶)、PP2C 57-like(蛋白磷酸酶);通过酵母双杂交回转验证和BiFC实验分别在体内和体外验证了 GmPHD3和GmMIEL1的互作关系,排除了酵母双杂交实验的假阳性,并发现这两个蛋白的互作位置在细胞核内。
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