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干旱、高盐及低温是影响植物生长发育的重要环境因子。为了适应这些不良环境,植物在长期进化过程中形成了一系列防卫机制。因此,解析非生物胁迫下植物体内的基因表达及信号传导网络调控机制对于阐明植物的应答反应及培育耐逆品种具有重要的理论和现实意义。本研究运用分子生物学方法对来自大豆的GmPK1b和GmGME基因的表达特性及功能进行了分析,旨在为改善大豆耐逆性提供基因资源和理论依据。主要试验结果如下:
1.GmPK1b基因的克隆及序列分析:以番茄蛋白激酶基因TPK1b的序列为探针,通过同源克隆法,从大豆中克隆得到了GmPK1b基因。序列分析表明,GmPK1b的cDNA序列全长1,548 bp,包含一个长为1,236 bp的开放阅读框,编码412个氨基酸。序列分析表明,GmPK1b与番茄TPK1b的亲缘关系较近,且其氨基酸序列的同源性为71.2％。
2.GmPK1b基因的表达特性分析:GmPK1b基因在逆境胁迫(干旱、高盐及低温)处理下的表达特性显示,GmPK1b基因的表达受低温和脱落酸(ABA)强烈诱导。GmPK1b基因的组织特异性表达分析显示GmPK1b基因在大豆的根、茎、叶、花及15DAF籽粒中均有表达,但是表达水平不同,其中在叶中的表达量最高,15DAF籽粒中的表达量最低,且GmPK1b基因的表达量随着大豆籽粒的成熟而逐渐增加,50DAF天时达到最大值。
3.GmPK1b转基因拟南芥的功能分析:在低温胁迫下,GmPK1b转基因拟南芥种子比野生型拟南芥种子萌发率高；低温胁迫处理后,GmPK1b转基因拟南芥31-4、50-2的存活率分别为18.91％和23.3％,而野生型种子的存活率为11.8％。这些结果表明GmPK1b转基因拟南芥对低温的抗性提高。
4.GmGME基因的表达模式分析:在干旱、高盐、低温及ABA胁迫处理后GmGME基因的表达特性显示,高盐、低温及ABA诱导GmGME基因的表达。
5.GmGME转基因拟南芥的功能分析:在低温及NaCl胁迫下,GmGME转基因拟南芥种子的萌发率明显高于野生型拟南芥种子；低温胁迫处理后,GmGME转基因拟南芥与野生型的存活率差异显著,而在200 mM NaCl处理下,其差异不显著。上述结果表明,GmGME基因提高了转基因拟南芥对高盐和低温胁迫的抗性。