植物种子油脂积累的转录调控及在大豆中的研究进展

植物种子是油脂的主要来源之一,种子中的油脂主要在其发育过程中积累。油脂的积累除受脂肪酸合成途径中多种酶的活性、特异性和稳定性的影响,更受到转录前、转录和转录后水平的调控。众多相关基因参与此过程,形成一系列基因网络调控了下游油脂合成基因的表达。文章综述了转录因子对油脂积累的调控、DNA甲基化和组蛋白修饰相关基因在种子发育和油脂积累中的作用以及小RNA调控种子发育的分子机理,并介绍了大豆油脂积累调控机制的研究进展。     

大豆籽粒不同发育时期的转录组分析

为了从分子水平上研究大豆籽粒不同发育时期的油脂合成与累积机理,对大豆开花20 d(DD20)、30 d(DD30)、40 d(DD40)、50 d(DD50)的籽粒进行了转录组测序。通过对转录组测序数据的分析,共得到原始数据461 566 988条,经过滤获得开花后20,30,40和50 d的clean reads,分别为107 548 920,111 670 776,109 339 672和108 884 270条。DD20/DD30、DD30/DD40、DD40/DD50比较组中的差异表达基因分别为4 759,6 245和13 763个,其中上调基因分别为1 801,2 941和5 695个。差异表达基因的KEGG pathway分析中,分别得到134,133和136条代谢通路,筛选到8个与油脂合成相关的差异表达基因,ACC、FATB、GPAT、DGAT1、G3PDH、KASI、SAD和FAD2。研究结果对深入研究大豆籽粒脂质合成的调控机理及大豆高油育种具有重要参考价值。     

大豆GmWRI1a基因启动子克隆及其功能分析

为了探究大豆种子油脂合成与储存基因GmWRI1a的调节,分析其启动子功能,从大豆品种东农50基因组中扩增获得GmWRI1a基因转录起始位点上游1669bp的启动子序列,转化拟南芥。GUS染色确定了启动子的有效性,继而根据顺式作用元件的分布,分别扩增得到4个启动子5'端缺失片段1138bp,1087bp,690bp和437bp。4个启动子缺失片段分别转化拟南芥后,通过GUS组织染色结果发现,这些启动子片段能够驱动下游GUS基因表达。GUS酶活表明,启动子存在乙烯、茉莉酸、赤霉素3种激素响应元件,其中乙烯、茉莉酸和赤霉素的响应元件分别分布在-1138^-1087bp、-1087^-690bp和-690^-437bp。     

遗传发育所揭示大豆中油脂积累调控新机制

<正>大豆作为重要的油料作物,是植物油的主要来源。种子中的油脂含量在驯化中受到人工选择而不断提高,成为大豆的重要农艺性状。目前大豆油脂代谢的生化途径已比较清楚,但其调控机理尚不明确。中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组和陈受宜研究组通过分析大豆种子发育不同阶段和根、茎、叶等转录组数据中的表达差异基因,以及栽培大豆特异的调控籽粒油分的基因共表达网络,鉴定     

碱蓬转录组分析及油脂合成相关基因表达模式

碱蓬（Suaeda salsa）籽粒具有较高的含油量及丰富的不饱和脂肪酸,作为潜在的特种油料作物具有极高的开发和利用价值。为了全面研究碱蓬中油脂合成相关基因的构成及表达模式,本文利用Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对碱蓬根、叶和发育期种子进行转录组检测和分析,筛选碱蓬发育期种子和叶片转录组中参与油脂合成途径的关键脂类基因,并对其差异表达模式进行了比较分析。本研究测序共计产出106 647条Unigenes,通过与各蛋白数据库比对,其中76 755条Unigenes成功获得了功能注释。共有45个Unigenes编码参与脂肪酸（FA）合成的关键酶,其中25个Unigenes在发育期种子中上调表达;多个编码ACCase、KASⅢ和EAR等的Unigenes上调表达;且7个编码酰基载体蛋白去饱和酶（SAD）的Unigenes中有5个在发育期种子中显著上调,可能与碱蓬油脂中不饱和脂肪酸的生成相关。共有30个Unigenes编码参与三酰甘油（TAG）合成的关键酶,其中16个Unigenes在发育期种子中上调表达,包括多个编码GPAT和DGAT的Unigenes。本研究对解析碱蓬脂类代谢途径的调控模式及发掘参与碱蓬油脂合成的关键基因具有重要的意义和参考价值。     

利用RNA干扰技术提高大豆脂肪含量

利用冻融法将大豆11S球蛋白GY1基因RNA干扰表达载体转入农杆菌EH105中,以大豆"吉农28"为受体,通过农杆菌介导的大豆子叶节转化法导入大豆,获得T1代转基因苗12株,并对得到的转基因植株进行分子生物学鉴定。PCR和Southern杂交检测表明,RNAi植物表达载体p3301-Gy1已成功插入到转基因大豆植株的基因组DNA中;RT-PCR和SDS-PAGE检测结果表明RNA干扰在转录后水平发挥了作用,11S球蛋白表达含量降低;利用BUCHI N-500型近红外谷物分析仪对转化的大豆蛋白质和脂肪含量进行检测,结果转化植株的籽粒蛋白质含量(36.07%)平均降低1.43个百分点,脂肪含量(21.28%)平均提高0.76个百分点。因此,利用RNA干扰技术提高大豆脂肪含量是可行的。     

RNA干扰高油GmPEPc基因转入大豆研究

通过构建GmPEPc基因的植物RNAi双元表达载体,并通过农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化方法将控制油脂和蛋白合成途径的相关基因GmPEPc转入受体品种沈农9号中,通过抑制大豆内源GmPEPc基因的表达,增加油脂积累,从而获得高油的转基因大豆新品种。在大豆组织培养过程中,共切取大豆外植体407块,获得T0代转化苗35株,转化率8.9%。通过对转基因后代中目的基因的整合及表达情况进行分子鉴定。获得23株T_1代转基因后代,其中高抗草丁膦除草剂(喷施浓度300 mg·mL~(-1))14株,通过PCR检测结果表明其中12株为PCR阳性;PCR和Southern杂交检测表明,GmPEPc基因已经成功插入到转基因大豆植株基因组DNA中。对T_1代测定结果显示,转基因大豆籽粒的平均含油量比对照高9.51%,平均蛋白质含量下降5.44%。这些研究结果为筛选高油脂含量的转基因大豆新株系提供了依据,为下一步高油新品种的选育提供了种质基础。     

大豆种子特异性启动子研究进展

种子中的营养成分是植物基因工程改良的重要目标,种子特异性启动子能够调控外源基因在种子中专一性表达,利用高效特异性强的种子特异性启动子可以按照人们的意愿改进及提高种子中营养物质含量。因此,明确大豆中种子特异启动子的调控机制及获得更多大豆种子特异性启动子对大豆改良研究及应用具有巨大的推动作用,该文综述了种子特异性启动子顺式作用元件、相关转录因子的特点及大豆中种子特异性启动子在植物基因工程中研究应用的最新进展。     

转录调控基因GmLEC1转化大豆及转化方法的比较

以高油大豆中豆30开花后30 d的发育种子为材料,根据已报道的拟南芥脂肪酸合成相关转录因子LEC1序列设计简并引物,采用同源序列法从大豆种子中分离了大小为850 bp的cDNA片段;采用Gateway技术构建RNAi表达载体pHGlec;分别利用大豆子叶节和胚尖为外植体进行农杆菌介导的遗传转化;以抗性芽获得率,PCR检测阳性率为指标,对转化系统进行优化。确定了6.0 mg.L-1的6-BA为胚尖转化法最佳激素配比;经PCR鉴定,优化后的胚尖转化法阳性苗获得率为7.58%,子叶节转化法转化率为1.86%。     

利用蛋白质组学技术鉴定大豆籽粒贮藏蛋白A1aB1b亚基缺失体

利用SDS-PAGE对220份大豆种子贮藏蛋白亚基含量进行筛选,在获得大豆籽粒贮藏蛋白11S组分组I亚基变异种质的基础上,经双向电泳分辨大豆贮藏蛋白亚基正常品种(南农大黄豆)和亚基变异品种(桂阳紫金豆)成熟种子总蛋白的蛋白质组.用PDQuest软件分析双向电泳凝胶图谱,发现在大豆贮藏蛋白11S酸性亚基位置有等电点和分子量分别为5.40和37.85kDa、5.24和37.2kDa、5.15和37.05kDa的蛋白质点在正常种子中表达而在变异种质种子中未表达.对这3个蛋白质点用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)测定其胶内酶解后的肽质量指纹谱(PMF),对获得的PMF用Mascot软件在NCBInr数据库中查询比对,鉴定出这3个蛋白质点均为大豆球蛋白A1aB1b亚基同源三聚体,表明变异种质种子缺少贮藏蛋白A1aB1b亚基.     

TaERFL1a转录因子在小麦籽粒淀粉合成中的功能研究

乙烯响应转录因子(AP2/ERF)家族在植物逆境胁迫与物质合成中有重要功能,其成员TaERFL1a参与了小麦响应非生物胁迫过程,然而其在淀粉合成中的功能尚不清楚。本研究利用大麦条纹花叶病介导的基因沉默技术(barley stripe mosaic virus-virus induced gene-silencing,BSMV-VIGS),在田间条件下抑制 TaERFL1a基因在小麦籽粒中的表达,通过测定灌浆期间籽粒内该基因的表达量、成熟籽粒产量性状和淀粉性状,探究TaERFL1a在小麦籽粒淀粉合成中的功能。结果发现,在接种后23 d,接种BSMV-VIGS- TaERFL1a植株籽粒内 TaERFL1a基因表达水平降低了86.5%; TaERFL1a基因沉默植株成熟籽粒的粒长、粒宽、千粒重和淀粉含量分别降低了5.22%、12.70%、9.53%和5.43%; TaERFL1a基因沉默植株的籽粒淀粉粒排列疏松且数量减少。这些结果表明TaERFL1a转录因子在小麦灌浆期间的籽粒淀粉合成中发挥了重要作用。     

川渝地区地方和育成大豆品种籽粒性状关联分析

为挖掘川渝地区大豆品种籽粒蛋白质含量、油脂含量及百粒重与分子标记的关联位点,以232份川渝地区地方和育成材料构成的自然群体为试验材料,结合分布于大豆20条染色体的135个SSR分子标记检查所有材料的基因型,利用TASSEL 3.0软件中的混合线性模型对大豆籽粒蛋白质含量、油脂含量和百粒重进行关联分析.结果 表明:在P＜0.05显著水平且贡献率较高的情况下,2个环境中共检测49个关联位点.与蛋白质含量显著关联的位点有16个,贡献率总和为29.78％;与油脂含量相关的位点有19个,贡献率总和为41.94％;与百粒重相关的位点有14个,贡献率总和为13.92％.其中位点Satt554和Satt229与籽粒的蛋白质含量、油脂含量和百粒重性状同时存在关联.     

高蛋氨酸转基因大豆的鉴定和遗传稳定性分析

为通过基因工程改善植物蛋白氨基酸组成,在获得种子特异性表达拟南芥蛋氨酸合成途径关键基因At D-CGS转基因大豆的基础上,通过自交繁殖和性状鉴定,筛选出纯合转基因株系中作CGS-ZG11,并利用该株系与普通大豆品种石豆5号杂交,选育出中作CGS14J890等含有At D-CGS基因、综合性状优良的大豆新品系。本研究通过PCR和Southern blot检测,证明目的基因At D-CGS整合到中作CGS-ZG11基因组,以单拷贝形式存在。RT-PCR、Western blot结果显示,At D-CGS在转录和翻译水平上稳定表达。高效液相色谱测定结果表明,中作CGS-ZG11籽粒蛋氨酸含量显著高于野生型,且含量在T6、T7和T8连续3代相对稳定。大豆新品系中作CGS14J890等蛋氨酸含量高、综合性状好,证明At D-CGS基因可在不同的遗传背景下稳定遗传与表达。     

大豆种子油酸含量研究进展

大豆种子脂肪酸中油酸含量是评价大豆油脂品质的重要指标之一。油酸含量受隐性等位基因ol控制,在种间和品种间存在显著差异,环境条件及栽培措施亦对其影响明显。本文对大豆油酸含量的不同种质间差异、遗传特点、性状间相关性以及环境因子对其影响等研究进展进行了较为全面的回顾与总结,以期为大豆科技工作者开展高油酸大豆遗传改良、区域规划及栽培管理等相关研究提供理论参考,进一步促进大豆油脂品质的提高。     

大豆Kti基因ihpRNA种子特异性表达载体的构建及转化

大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂(trypsin inhibitor,Kti)是大豆品质的主要营养抑制因子之一,培育低Kti含量的大豆品种是提升大豆品质的关键。本研究采用RT-PCR技术克隆得到大豆Kti基因的核心保守序列,并构建成种子特异性表达的、具有Kti基因反向重复结构的RNAi载体,利用农杆菌介导法侵染大豆品种吉林30子叶节,通过潮霉素筛选和PCR检测,获得4株转基因阳性植株。RT-PCR检测表明,构建的种子特异性RNAi载体可以在转基因植株的种子中特异表达,且Kti基因表达量均有降低;通过胰蛋白酶抑制剂活性检测发现,转基因大豆籽粒中胰蛋白酶抑制剂活性平均降低了77.5%。为进一步评价RNAi技术对大豆Kti基因的表达调控效果奠定良好基础。     

ERF转录因子及在大豆中的研究进展

植物体内存在一个复杂的抗逆应答系统去适应环境的改变。ERF转录因子家族在植物应答一些生物胁迫和非生物胁迫中扮演着重要的角色。ERF转录因子主要通过它的AP2/ERF结合域结合顺式作用元件GCC-box或DRE/CRT来调节抗性基因的表达。文中介绍了植物中的ERF转录因子的分子特征和生物学功能。此外,也综合分析了ERF转录因子在基因互作,信号转导途径,抗逆应答反应中的重要作用,并对大豆中ERF转录因子的研究进展进行了综述,为大豆的抗逆工程提供理论依据。     

MYB转录因子AtPHR1转化大豆研究

以MYB转录因子AtPHR1表达载体为转化对象,采用农杆菌介导子叶节转化技术将其转入栽培大豆,研究不同萌发时间、预培养时间、菌液和侵染液浓度、大豆基因型以及筛选剂浓度对转化效率的影响.结果表明:以萌发5d大豆幼苗制备子叶节外植体,预培养1d,农杆菌菌液OD600为0.7,侵染液OD600为0.5或0.7进行转化,100 mg.L-1卡那霉素进行筛选的抗性芽诱导率最高;5个供试品种中,以五星2号的转化率最高,约为2.0％;经PCR检测转化后的大豆植株,获得了含有转录因子AtPHR1的5个大豆新材料.     

大豆耐涝bHLH转录因子筛选及生物信息学分析

为研究大豆bHLH转录因子与涝害响应相关性,为大豆耐涝性研究提供理论基础,本研究对强耐涝性品种齐黄34进行没顶淹水处理,分析转录组测序结果,筛选差异表达的bHLH转录因子并对其进行生物信息学分析,采用荧光定量PCR方法验证主要差异表达bHLH转录因子编码基因的表达情况,并通过生物信息学方法分析基因结构和互作蛋白.结果 显示:涝害胁迫下共发现7个差异表达的bHLH转录因子,它们的同源性并不高,属于不同类型的bHLH.主要差异表达bHLH基因GmbHLH25-15(Glyma.15 G06680)的表达量变化情况与转录组数据趋势一致,呈现下调表达.预测到10个蛋白可与该蛋白互作,互作蛋白都是铵转运蛋白,其中4个蛋白编码基因的表达量在转录组测序结果中呈现显著性差异.推测在无氧条件下,GmbHLH25-15可能通过调控铵转运蛋白进而调节铵态氮的吸收来供给自身营养,进而抵御涝害胁迫.     

大豆PAL2-3基因的克隆及转化研究

大豆异黄酮是苯丙氨酸代谢途径中合成的一类次级代谢产物,在苯丙氨酸代谢途径中,苯丙氨酸解氨酶(PAL)是关键酶和限速酶。本课题组前期研究发现PAL基因的相对表达量与大豆异黄酮含量具有明显的协同增减趋势,并且在PAL基因家族成员时空表达模式分析中发现,PAL2-3(XM_003542493)是PAL基因家族中相对表达量较高的主要表达成员之一。本试验首先通过克隆大豆中PAL2-3基因;然后构建pCAMBIA3301-GmPAL2-3植物过表达载体,将构建好的pCAMBIA3301-GmPAL2-3表达载体重组质粒转化到根癌农杆菌EHA105中;采用农杆菌介导的大豆子叶节转化体系获得转化植株,并对T1代转化植株进行PPT检测,外源标记基因Bar检测以及荧光定量PCR检测,对转基因阳性植株进行大豆籽粒异黄酮含量的测定。结果表明T_1代转基因植株中PAL2-3基因的表达量是对照的5.11~11.24倍,总异黄酮含量最高的(2 587.63μg·g~(-1))是对照(1 616.90μg·g~(-1))的1.6倍。因此在大豆中过量表达PAL2-3基因可以提高大豆籽粒中异黄酮含量。     

SPL转录因子的研究进展

SPL(squamosa promoter-binding protein like)基因家族是植物特有的一类转录因子,主要通过结合下游基因启动子区的顺式作用元件GTAC基序,从而参与调控下游基因的表达。SPLs转录因子在植物的生长发育、信号传导、应答环境胁迫等方面有着重要的作用。目前研究表明,大豆SPL转录因子在参与调控大豆植株分枝数,产量和生育期等方面扮演重要作用。文章首先从该家族转录因子的克隆入手,回顾该基因家族的由来历史,然后介绍其结构上的保守性和独特性,最后重点综述SPL转录因子在植物中的调控网络,及其生物学功能,并对其在大豆及其它农作物生产上的应用前景及其调控植物性状的具体机制进行展望。