大豆籽粒发育过程中ABI3-like与贮藏蛋白基因的关系及调控机制的研究

发布时间：2018-03-04 05:07

本文选题：大豆籽粒　切入点：GmABI3-8　出处：《山西农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：Abscisic acid insensitive 3(ABI3)对拟南芥种子发育过程中贮藏蛋白的积累、种子质量、休眠和抗旱性均有调控作用。在大豆中,贮藏蛋白的蛋白质组学研究已经比较完善,但是对大豆中ABI3-like mRNA表达规律及其功能的研究仍未见报道。大豆中存在两个ABI3-like型转录因子基因,分别为GmABI3-18和GmABI3-8。研究大豆ABI3-like和贮藏蛋白基因mRNA表达规律及其调控机制,进而明确ABI3-like对贮藏蛋白基因表达的促进作用,对提高大豆的蛋白含量具有重要意义。本研究选取引进自美国的高蛋白大豆品种NC111-1为试验材料,研究GmABI3-18和GmABI3-8及贮藏蛋白基因Gyl, Gy2, Gy3, Gy4, Gy5, Gy7,7sa,7sα'和7sβ的表达规律及其相互作用机制,主要研究内容与结果如下：(1)通过对籽粒和豆荚大小,干重、鲜重及含水量,蛋白质含量等生理数据进行测定,结果发现：豆荚与籽粒的外形变化趋势基本一致并随发育时期改变,豆荚的发育速度快于籽粒,发育时期的豆荚和籽粒与脱水时期差别明显；籽粒含水量逐渐降低；鲜重前期逐渐升高随后在脱水期降低,而干重缓慢增加；蛋白质含量保持在42.31%±5.25%水平,最大值出现在20d；单粒籽粒蛋白质质量变化曲线呈“S”型；籽粒的发育周期可以划分为蛋白质合成前期(10d到30d),蛋白质快速积累期(30d到80d)和蛋白质缓慢积累期(80d到100d),三个阶段间的籽粒有明显差异,其中蛋白质快速积累期为贮藏蛋白合成的关键时期。(2)运用RT-qPCR技术对GmABI3-8与(GmABI3-18 mRNA表达规律进行研究,通过分析相同时期大豆植株不同组织中的表达差异,结果表明：GmABI3-8和GmABI3-18 mRNA在种子中特异性表达,表达量显著高于根、茎、叶和花(P0.05)；对种子整个生长发育周期的GmABI3-8与GmABI3-18 mRNA表达规律进行分析,结果表明：GmABI3-8和GmABI3-18 mRNA的基本表达规律相同,其细微的差异可能是由基因进化过程产生的；分析成熟种子萌发过程中子叶与下胚轴中GmABI3-8与GmABI3-18 mRNA的表达差异,结果表明：在种子萌发时GmABI3-8和GmABI3-18 mRNA的表达量显著降低(P0.05)。预测其功能与贮藏蛋白积累、种子脱水和休眠及抑制种子萌发有关。(3)应用RT-qPCR技术研究各贮藏蛋白基因mRNA表达规律,分析其与转录因子基因GmABI3-8和GmABI3-18 mRNA的关系,结果表明：贮藏蛋白基因(除Gy7)mRNA表达呈单峰曲线并具有时间特异性,40d到70d为高水平表达时期；整个周期中总表达量最高的三个基因依次为7sα,Gy1和7sβ,显著高于其他基因(P0.05)；7sa大量表达时间最早,7sβmRNA在70d表达量显著高于其他基因(P0.05)；Gy7mRNA的表达呈双峰曲线且表达量显著低于其他贮藏蛋白基因(P0.05)；ABI3-like mRNA与贮藏蛋白基因的表达水平在10d到70d显著正相关(P0.05,r0.8)；GmABIA3-8 mRNA与贮藏蛋白基因表达量的相关性大于GmABI3-18 mRNA。(4)借助酵母单杂交系统,分别验证Gy2启动子与除去RY重复元件的Cy2启动子与GmABI3-8的分子作用机制,结果如下：GmABI3-8转录因子可以与RY重复元件在酵母单杂交系统中结合,对贮藏蛋白基因的表达有促进作用；RY重复元件与贮藏蛋白基因的表达有关,属于转录活性调控因子；缺失RY重复元件的启动子活性明显降低。综上所述,本研究第一次对大豆籽粒发育过程中ABI3-like对贮藏蛋白基因的调控机制进行了探讨,证实大豆ABI3-like转录因子通过与贮藏蛋白基因启动子中的RY重复元件结合并促进贮藏蛋白基因的表达,为高蛋白含量大豆育种提供了理论基础。
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【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S565.1

【参考文献】