GmHMADP参与高温高湿下大豆种子活力形成及铜镉胁迫响应的研究

【目的】高温高湿、重金属等非生物胁迫是制约大豆生产,影响种子发育和品质的重要因素。通过对大豆GmHMADP的研究,揭示其在重金属镉、铜和高温高湿胁迫下的表达水平以及功能,以期为培育高活力的逆境耐受性大豆新品种提供理论依据和实践基础。【方法】利用Primer Premier 5.0软件设计引物,以宁镇1号和湘豆3号2个品种叶片的cDNA为模板,分离大豆GmHMADP全长cDNA序列。通过NCBI网站BLAST对GmHMADP同源性氨基酸序列进行搜索,并用DNAMAN软件进行氨基酸序列比对。同时,以XhoⅠ和SalⅠ为酶切位点构建35S::GmHMADP-GFP融合表达载体,分析其在烟草叶肉细胞的瞬时表达,进行亚细胞定位。利用实时荧光定量PCR技术对GmHMADP的组织特异性表达及其在高温高湿和CuSO₄、CdCl₂处理下的表达进行分析。以XbaⅠ和BamHⅠ为酶切位点,利用pBI121载体,构建融合表达载体,将GmHMADP在野生型拟南芥中过表达,获得3个纯合的T3转基因株系,对高温高湿胁迫下拟南芥的种子活力以及过表达拟南芥植株对铜、镉胁迫的耐受性进行分析。【结果】获得大豆GmHMADP全长cDNA序列,该基因包含1个996 bp的完整开放阅读框,具有4个外显子和3个内含子。多序列比对结果表明,GmHMADP氨基酸序列含有2个金属离子结合位点特征序列CXXC。亚细胞定位结果表明GmHMADP蛋白定位于细胞膜与细胞核上。组织特异性分析结果表明,GmHMADP在宁镇1号和湘豆3号2个品种的发育和成熟中的种子中表达量较高。与相应的对照组相比,在宁镇1号种子中,高温高湿胁迫48、96和168 h后,GmHMADP的表达量显著（P ＜0.01）升高;在抗性品种湘豆3号中,该基因在处理24、48、96和168 h时表达量显著（P ＜0.01）升高;湘豆3号中,GmHMADP的表达量在不同浓度Cu²⁺、Cd²⁺的诱导下均显著（P ＜0.01）升高;而宁镇1号中,GmHMADP的表达量仅在50 μmol·L^-1 Cu²⁺和200 μmol·L^-1 Cd²⁺处理下显著（P＜0.01）升高。GmHMADP过表达拟南芥株系经高温高湿胁迫后的发芽势、发芽率及种子活力均显著（P＜0.01）高于野生型植株;经Cu、Cd胁迫后,转基因拟南芥株系的根长和干重均显著（P＜0.05）高于野生型植株。【结论】GmHMADP参与高温高湿胁迫下种子活力的形成并响应Cu、Cd胁迫,在拟南芥中过表达GmHMADP可提高拟南芥的种子活力以及对Cu、Cd胁迫的耐受性。     

大豆GmPM31基因生物信息学、组织表达及高温高湿响应分析

sHSPs家族基因GmPM31具有典型的ACD结构域,为了预测和研究GmPM31的功能,本研究以田间劣变抗性春大豆湘豆3号为材料,分离GmPM31及其启动子序列,对该基因的结构及启动子上的顺式作用元件进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法对GmPM31的组织表达模式及高温高湿处理下的表达量变化进行分析.结果 表明:GmPM31基因的ORF全长为459 bp,编码153个氨基酸,包含1个ACD保守域结构.蛋白质系统进化树分析结果显示,GmPM31与CI(Class Ⅰ)亚家族的sHSPs同源性较高,表明GmPM31属于Class Ⅰ sHSPs家族成员.GmPM31基因启动子中有多个逆境胁迫响应元件,包括激素应答相关元件ABRE、ERE和AAGAA-motif等,干旱和冷胁迫相关的MYB和MYC转录因子作用元件,高盐胁迫相关元件Box Ⅲ,厌氧胁迫相关元件ARE等.qRT-PCR结果显示,GmPM31在成熟种子中大量表达,其次在幼荚和叶片中表达,在根、茎和花中表达量极低.种子发育过程中,GmPM31表达量呈现先上升后下降的趋势,在开花后第45天表达量达到最大.高温高湿胁迫处理96和168 h时种子中GmPM31的表达量显著高于对照组,说明高温高湿胁迫诱导种子中GmPM31上调表达.研究结果表明GmPM31参与了春大豆种子的发育以及高温高湿胁迫响应过程.