基于E1基因表达调控的大豆生育期性状改良

发布时间：2020-04-09 15:52

【摘要】：大豆(Glycine max(L.)Merr.)是典型的短日植物,在光周期现象研究中被作为重要模式材料。近十年来,大豆开花期相关的关键基因先后被定位和克隆,开花调控分子机制研究逐步深入。在已发现的调控大豆开花期的E系列基因中,豆科植物所特有的E1基因对开花期影响最大,并且发现在大豆中存在两个E1同源基因E1La和E1Lb,这两个E1同源基因对大豆的生育进程也有抑制作用。本研究应用根癌农杆菌介导大豆子叶节遗传转化体系,采用RNAi技术和CRISPR/Cas9系统对E1基因进行功能分析,以期从多角度验证其在大豆生育进程中所起的作用。主要研究成果如下:1.参照Williams 82基因组信息设计合适的引物,克隆晚熟品种自贡冬豆和中熟品种Jack的E1和E1La/b,将所得序列在NCBI上进行比对,得知3个基因在自贡冬豆中的基因型分别为E1、E1La和E1Lb,在Jack中的基因型分别为e1-as、E1La和E1Lb。该实验结果为后续实验中引物的设计和转化受体的选择提供了理论依据。2.利用GATEWAY技术和植物Cas9/gRNA质粒构建试剂盒构建了RNA干扰载体pB7GWIWG2(II)-E1和基因编辑载体CRISPR/Cas9-E1,两个载体均带有筛选基因bar。借助农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化技术,将两个载体分别转入受体基因型自贡冬豆中,通过除草剂涂抹、PCR和试纸条检测三种方法分别鉴定出38和46株阳性转化植株。3.E1-RNAi T1植株在北京夏播自然条件下可提前开花,比野生型在短日条件下开花更早。鉴于E1基因干扰植株的早熟表型,在8月中旬北京自然条件下对其进行加代扩繁,T2转基因植株的开花期和成熟期均显著早于野生型植株。在E1基因干扰后代植株中,E1、E1La和E1Lb基因的表达量均显著降低,受E1基因上调表达的开花抑制因子GmFT4基因表达量也呈现下降趋势,而开花促进因子GmFT2a/5a基因的表达量升高。4.经测序检测,4株E1-CRISPR/Cas9 T0植株在E1靶位点处发生了编辑,有1株在T1代发生编辑并产生了1株纯合突变体植株和6株杂合突变体植株。E1基因纯合突变体植株在北京夏播后期短日处理的条件下开花时间稍早于野生型,E1基因杂合突变体与野生型无明显差异。
【图文】：

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科学院硕士学位论文结果表明，经过诱导开花处理后的大豆植株在一定的条件下可以恢复到营养称之为大豆开花逆转（韩天富等，1998）。开花逆转现象的研究以典型的光豆为材料，初步建立并完善了用于实验室研究的大豆光周期反应研究系统。豆植株在一定的光周期条件下会发生开花逆转现象，使顶端分生组织由生殖生长阶段，改变光周期条件又可以使之重回生殖生长阶段，正常地开花和结豆光周期反应研究系统对大豆的开花逆转现象进行了进一步的深入研究和分0）（如图 1-1），该系统中包括持续短日照处理(SD, 12 h/12 h)、短日照处理 13理(SD13 d-LD)和持续长日照处理(LD, 16 h/8 h)三种处理方式。供试材料自贡后转移至长日照处理，4 个星期即可由生殖生长阶段恢复到营养生长阶段，现象叫做整株逆转(Whole-Plant Reversion)。在某些处理条件下，仅有部分花生长阶段，其余的仍保持原生长状态，，这样的开花逆转现象称为局部n)，局部逆转又包括花逆转(Floral Reversion)和花序逆转(Inflorescence Rever逆转又被进一步细分成顶端花序逆转(Terminal Inflorescence Reversion)和侧Inflorescence Reversion) (吴存祥, 2000; Wu et al., 2006; Jiang et al., 2011)。

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图 1-2 大豆开花调控网络示意图（Xia et al., 2012）Fig.1-2 The flowering-time gene network in soybean (Xia et al., 20在大豆育种中的应用研究现状油脂、蛋白质等多种营养物质的重要作物，对农业、技的进步和人民生活水平的提高，使得人们对大豆产在着年限长、选择性差等局限性，转基因技术的出现的的影响。转基因技术自从 1984 年首次在大豆中应用随着生物技术的发展和创新，已经应用到大豆育种的gata et al., 2017)、抗除草剂及高产优质(Duke et al., 20作制度得以更新，扩大了大豆的种植规模，降低了农民强了在大豆产业界的影响力。转基因技术在中国大豆经过科研工作者的努力，已经在提高大豆的油分和蛋
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.1

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