大豆细胞色素P450家族GmCYP78A71固氮功能解析

大豆可与根瘤菌互作进行共生固氮,有效缓解其对土壤氮素的依赖。细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)是一种血红素单加氧酶,参与植物信号分子、植物激素和黄酮类等多种次生代谢物的合成,为探究其在大豆结瘤固氮中的生物学功能,分析了该家族GmCYP78A71基因的结构,并对其表达模式及生物学功能进行了深入解析。qRT-PCR和转启动子大豆毛根的根瘤GUS染色表明,GmCYP78A71在根瘤中特异表达,且随着根瘤的发育表达量逐渐增高,在成熟根瘤中达到峰值;与对照相比,超表达复合植株的根瘤个数、鲜重、固氮酶活性等显著提高,而RNAi毛状根的根瘤个数、鲜重、固氮酶活性等显著降低。上述结果表明GmCYP78A71对根瘤的生长发育和固氮发挥重要作用。     

大豆磷高效基因GmPHR1和GmPAP4共转化及新种质创制

磷对大豆生长发育至关重要,土壤有效磷缺乏严重影响其产量和品质。目前已有学者通过转基因手段将磷高效相关基因转入大豆,并获得转基因新材料,但多数集中于单基因转化,而双基因共转化研究甚少。本研究在前期获得转磷高效相关基因GmPHR1、GmPAP4大豆新材料基础上,利用农杆菌介导与常规杂交技术进行双基因共转化,结果发现,采用这2种方案均可实现双基因共转化,获得了经PCR及DNA测序分析验证正确的转GmPHR1与GmPAP4双基因新材料“JD12-PHR1-PAP4”。     

大豆紫色酸性磷酸酶GmPAP14克隆与生物信息学分析

采用RT-PCR技术克隆大豆紫色酸性磷酸酶(Purple acid phosphatase,PAP)基因,并对基因及其编码蛋白进行生物信息学分析,为植物磷高效转基因育种及分子机制解析提供候选基因。结果表明:从低磷处理14d的‘中黄15’cDNA中克隆获得一条开放阅读框1 395bp的基因,经保守域分析发现该基因属于紫色酸性磷酸酶类,命名为GmPAP14(GenBank No.JN967626)。对基因编码蛋白进行生物信息学分析发现,GmPAP14编码1条含有464个氨基酸残基的多肽链,分子量约53.1kD,理论等电点6.14,且含有紫色酸性磷酸酶所特有的5个保守基序和7个金属离子结合位点。进一步分析发现GmPAP14具有跨膜结构与信号肽,定位于质膜或分泌到胞外。经系统发育树分析显示GmPAP14与苜蓿MtPAP1及大豆GmPAP1具有同源性,预测可能与植物磷素高效吸收利用有关。     

转GmPTF1大豆耐低磷优异新材料创制研究

本试验以课题组前期获得的转耐低磷转录因子GmPTF1大豆为材料,分析其在低磷、适磷条件下的性状表现,研究其在来源物种中的生物学功能,并遴选优异转基因新材料。结果表明:目的基因GmPTF1已稳定整合至受体品种基因组,且可在RNA和蛋白水平正常转录翻译表达;土壤低磷处理条件下,2个转基因株系OE-2、OE-4单株荚数、单株粒数、单株粒重等产量相关性状显著优于野生型对照,并以OE-2株系表现较优,为进一步选育耐低磷大豆新品系(种)奠定了重要物质基础。     

植物蛋白融合HA标签通用载体构建与应用

以植物表达载体pCamE(GenBank No.:JX841315)为基本骨架,HA蛋白YPYDVPDYA为标签序列,构建可分别融合目标蛋白N端与C端表达载体pCHAN与pCHAC,并增加有利外源基因插入的酶切位点,使之成为含有7个常见限制性内切酶(PstⅠ、SpeⅠ、XbaⅠ、Bam HⅠ、KpnⅠ、SmaⅠ、ApaⅠ或SalⅠ)单一识别位点的通用型标签载体;为验证该载体实用性,将项目组自主克隆的大豆紫色酸性磷酸酶GmPAP14(GenBank No.:JN967626)连接至上述载体,并转入拟南芥;经PCR检测与测序分析获得T2转基因株系,HA标签抗体Western blotting结果发现转pCHAN-GmPAP14、pCHAC-GmPAP14拟南芥可获得目的蛋白融合HA标签杂交条带,而对照无该条带出现,证明2个HA标签载体能够稳定融合外源基因编码蛋白N端与C端,且可在转基因植物中正常翻译表达,为植物蛋白分离纯化及相关领域研究提供了稳定可靠的通用型融合标签载体资源。     

低氮条件下响应接种根瘤菌的大豆产量相关性状遗传位点及基因挖掘

发掘响应接种根瘤菌的大豆产量相关性状遗传位点和基因,对于大豆固氮能力改良的分子育种至关重要。本研究通过在低氮条件下对大豆重组自交系群体和自然群体分别接种根瘤菌,进而发掘了株高、主茎节数、分枝数、单株荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重等产量相关性状QTL位点和候选基因。通过关联分析共获得分布于10条染色体上的59个产量相关性状显著性SNP,有8个SNP与单株荚数、单株粒重和百粒重等重要产量性状显著关联。在RIL群体中,共定位到23个产量相关性状加性QTL和13对上位性QTL,其中加性QTL分布于8条染色体,表型贡献率为5.90%～32.87%。在这些QTL中,控制单株荚数和百粒重的QTL各有2个、控制单株粒数和单株粒重的QTL各有3个,对表型的贡献率为5.95%～24.60%。进一步分析发现,在自然群体和RIL群体中的产量相关性状一致性QTL主要位于6号与19号染色体上,有23个可能的候选基因位于这些一致性QTL附近的基因组区域。     

大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP14启动子克隆与功能分析

大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP14受低磷诱导表达,其超表达显著提高植物有机磷利用效率,为进一步探究其调控机制,本研究以GmPAP14cDNA序列检索大豆参考基因组,获取基因上游启动子序列,设计引物克隆了中黄15 GmPAP14启动子序列。利用PLACE与PlantCARE预测启动子调控元件发现,该序列中含有增强子调控元件、组织特异表达元件,根特异表达元件、转录因子PHR1结合的PIBS元件等。构建了GmPAP14启动子3个5’端缺失片段融合GUS的植物表达载体PGmPAP14-2568-GUS、PGmPAP14-2238-GUS、PGmPAP14-1635-GUS,并通过Floraldip法获得转基因拟南芥。利用GUS染色和活性测定分析GmPAP14启动子不同片段表达活性发现,正常磷条件下各片段转基因拟南芥均在根尖表达,低磷条件下GUS染色可扩展到成熟区和根毛,另外转PGmPAP14-2238-GUS植株的GUS活性最高。这些结果为后续的基因调控研究奠定重要基础。     

转紫色酸性磷酸酶基因GmPAP14大豆研究

为获得磷高效利用转基因大豆新材料,构建紫色酸性磷酸酶基因GmPAP14超表达载体pBI121-GmPAP14与pCAMBIA3301-GmPAP14,通过农杆菌介导子叶节转化技术将2个载体分别转入高产优质大豆品种,并分析了GmPAP14在转基因植株内的表达情况。结果显示,利用PCR和DNA测序分析可检测到转化植株中的目的条带,其中,转入p BI121-GmPAP14载体的保豆3号阳性植株有6株;转入pCAMBIA3301-GmPAP14载体的中豆32有9株,冀豆12有11株,农大豆2号20株。进一步将上述T0植株自交,目前已获得T_1转基因后代;经实时定量PCR检测,部分株系的GmPAP14表达量显著高于野生型对照,说明GmPAP14已整合到大豆基因组,并能够在转录水平正常表达。     

大豆耐低磷性状鉴定及优异种质筛选

为发掘耐低磷大豆新种质,培育耐低磷新品种,以前期构建的含有247个株系的大豆耐低磷遗传群体为材料,在低磷和适磷处理下分别测定各株系的株高、根长、根鲜质量、根干质量、地上部鲜质量、地上部干质量、根冠比、根系磷含量和根系磷利用率等9个耐低磷相关性状,并评价供试株系的耐低磷特性,筛选耐低磷优异种质。结果表明,9个参试性状中,除株高外,其余8个性状在不同磷处理间、供试材料间均存在显著或极显著差异,说明低磷处理有效且各株系对低磷逆境的适应性不同。主成分分析将上述8个存在显著差异的单一性状转化为2个综合指标,根据隶属函数和株系耐低磷综合评价值,结合聚类分析将供试247个株系分为耐低磷、中间型和不耐低磷3种类型,明确了各株系的耐低磷特性,并筛选出ZN-251、ZN-299、ZN-229等14个耐低磷优异种质。     

大豆类胡萝卜素裂解双加氧酶GmCCD8固氮功能解析

大豆可与根瘤菌共生进行生物固氮,固氮机制受许多基因诱导调控,类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases,CCDs)可调控多种植物激素、色素、芳香类化合物的合成与代谢.为探讨其在大豆生物固氮中的功能,从大豆育成品种中黄15中克隆类胡萝卜素裂解双加氧酶GmCCD8基因,分析了该...