大豆GmGAI基因参与赤霉素调控开花时间的功能研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:chenzy43111
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大豆是重要的粮油经济作物,在世界范围内广泛种植。生育期基因不仅调控开花时间和成熟期,还通过调控株高、生长习性、分枝数等因素而影响大豆产量。大豆生育期性状的改良一直都是研究的热点问题。开花时间不仅受外界环境因子(如光、温度)的影响,同时受植物本身的内源信号的调控。赤霉素(Gibberellin)是一类具有较高效能、且作用广泛的植物生长调节剂,对植株包括萌发、伸长、开花以及结果在内的整个生命历程有着重要的作用。DELLA蛋白作为赤霉素过程的负反馈蛋白,对植株的生长发育以及开花起阻遏作用。通过对编码DELLA蛋白的大豆GmGAI基因在植物体内的功能研究,阐明该基因在调控大豆生育期中的调控作用,揭示GmGAI基因参与赤霉素调控大豆的分子机制,为改良大豆生育期提供理论基础和实验数据。本研究通过实时荧光定量pcr的方法分析赤霉素和光周期对GmGAI基因表达模式的影响;构建过表达载体p B7WG2-GmGAI转化模式植物拟南芥,并对T3代纯合植株进行长日照条件处理下以及赤霉素处理下的表型鉴定;通过RNA-seq,得到下游差异表达基因,通过GO分析和KEGG Pathway分析,阐明GmGAI基因参与赤霉素途径成花调控的分子机制。构建GmGAI-GFP表达载体,在烟草当中瞬时表达确定细胞当中GmGAI基因的表达位置。主要研究结果如下:(1)大豆GmGAI基因的表达受短日照条件诱导,并在光照后12 h到达峰值;赤霉素抑制GmGAI基因的表达。(2)构建p B7WG2-GmGAI过表达载体,得到长度1572 bp的片段,利用农杆菌介导的花序侵染法转化拟南芥,经PCR和western blot检验,获得三个转基因纯合株系;长日照条件下,GmGAI过表达植株出现明显晚花,植株极度矮化,莲座叶数减少,结荚数减少;赤霉素处理下,通过对植株根长、下胚轴长度、株高以及结荚数的分析发现GmGAI过表达植株对赤霉素的敏感性低于野生型植株,随着赤霉素浓度的增加这个差异逐渐减小,表明拟南芥中GmGAI过量表达降低了赤霉素对植株生长的促进作用,GmGAI为赤霉素途径内的负反馈因子。(3)RNA-seq共检测到表达的基因数为24004,显著差异表达的基因有3669条,其中1341条上调表达,2328条下调表达;通过GO富集分析发现差异表达基因主要富集在生物学过程,包括刺激性应答、生物调控过程、对化学物质的响应、基因表达调控;进行了一个KEGG Pathway富集可以看出差异表达基因在植物激素信号转导通路显著富集。在赤霉素信号通路中,GmGAI通过上调赤霉素途径中的正向作用因子At GID1A、At SPL5、At SCL29的表达,下调赤霉素途径中的负反馈因子At MYR1、At RGL2的表达发挥作用。表明GmGAI是赤霉素途径中的负反馈因子。(4)对GmGAI基因进行亚细胞定位,构建GmGAI-GFP表达载体在烟草当中瞬时表达,结果证明GmGAI基因定位在细胞核上。
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