大豆GmRIQ2基因的功能验证

发布时间：2020-07-19 15:08

【摘要】：大豆是重要的经济作物,是人们日常所需的高质蛋白和商业化原料来源,在农业中具有举足轻重的地位。但目前,我国大豆的总产量远远不能满足人们对大豆及其制品的日常需求,每年需从国外大量进口大豆以保持国内供应需求。而大豆又属于敏感型植株,易受强光、高温、干旱、盐碱等非生物胁迫的威胁,进而影响大豆的品质和产量。所以,加快耐强光,耐高温等非生物胁迫的优质大豆的育种和栽培,对提高大豆的总产量具有重要意义。本课题组前期根据拟南芥AtRIQ2基因序列在大豆基因组数据库中找到并克隆得到了大豆基因序列GmRIQ2基因。对GmRIQ2基因的序列分析发现该基因参与光合作用的光保护机制,与非光化学猝灭途径有关。通过构建表达载体,获得了GmRIQ2基因过表达植株(GmRIQ2-a),GmRIQ2基因RNAi干扰植株(GmRIQ2-RNAi)和GmRIQ2基因缺失突变体的植株(GmRIQ2-g)。本研究在获得T_3代转基因植株的基础上,确定了基因的亚细胞定位,并进行PCR分子鉴定;对GmRIQ2基因过表达株系、GmRIQ2基因RNAi干扰株系和GmRIQ2基因缺失突变体株系的检测阳性植株和野生型植株进行不同光强处理,比较分析了光合色素(叶绿素和玉米黄素),非光化学猝灭系数,光合速率,蒸腾速率,气孔导度和胞间二氧化碳浓度等光保护机制相关指标的关系;利用农艺性状分析GmRIQ2基因的表达对植株产量的影响;利用生物信息学分析了GmRIQ2基因编码蛋白质的结构及上游启动子的顺式作用元件,通过瞬时表达确定了启动子的活性,预测该启动子对GmRIQ2基因表达的影响,明确大豆GmRIQ2基因是光保护基因。为研究作物光保护调控机制,培育耐强光、耐高温高产优质大豆品种奠定了理论基础。主要研究结果如下:1.构建pCAMBIA1302-GmRIQ2重组载体,通过聚乙二醇(PEG)-Ca~(2+)介导转化法转入拟南芥原生质体中,观察GFP荧光信号的位置确定该基因定位在细胞的叶绿体中,推测大豆GmRIQ2基因与光保护作用有关。2.通过对GmRIQ2基因的上游启动子进行克隆和活性分析发现,该基因上游启动子含有ACE,ATCT-motif,Box 4(ATTAAT)和CATT-motif等与光响应相关的诱导型启动子元件,推测GmRIQ2基因的启动子为诱导型启动子;发根农杆菌转化大豆瞬时表达验证了其活性且没有CaMV35S组成型启动子的活性高。3.通过bar引物和35Sbar引物同时进行PCR鉴定,获得T_2代转基因基植株GmRIQ2-a 73株、GmRIQ2-RNAi 23株、GmRIQ2-g 66株;获得T_3代各转基因株系的阳性植株,其中GmRIQ2-a 18株、GmRIQ2-RNAi 16株、GmRIQ2-g 34株。4.不同的光照强度对不同株系的光合色素,非光化学猝灭,光合特性均有不同的影响。随着光照强度的升高,4种株系的叶绿素和玉米黄素都有增加的趋势,而GmRIQ2-RNAi和GmRIQ2-g植株始终高于CK植株,GmRIQ2-a始终低于CK植株,说明GmRIQ2基因具有降低光合色素的能力;4种株系的初始荧光F0并无明显规律,证明GmRIQ2基因表达量对F0没有影响;4种株系的光系统II的最大光化学量子产量随着光照强度增加而降低,说明GmRIQ2基因增加了植株的光耗散能力;GmRIQ2-a的非光化学猝灭系数NPQ和qN高于GmRIQ2-RNAi、GmRIQ2-g和对照植株,GmRIQ2-RNAi和GmRIQ2-g低于对照植株,说明GmRIQ2基因能够提高植物的非光化学猝灭能力;4种株系随着光强的增加,光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均升高,且GmRIQ2-RNAi和GmRIQ2-gCKGmRIQ2-a;胞间二氧化碳浓度(Ci)与之相反,随着光照强度的增加而降低,且GmRIQ2-aCKGmRIQ2-RNAi和GmRIQ2-g。5.通过对农艺性状和产量性状的关系分析中发现,GmRIQ2基因过表达植株株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数和百粒重等性状方面都低于GmRIQ2-RNAi干扰和GmRIQ2基因缺失突变体植株;主茎节数低于对照植株。结果初步证明大豆GmRIQ2基因为产量负调控因子。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.1
【图文】：

图 1-1 光保护的防御系统Fig. 1-1 protection system for light protection.2.1 非光化学猝灭对植物光保护的机制非光化学猝灭（NPQ）一直是光合作用机制热耗散研究的焦点。当外界光照

高等植物叶黄素循环[56]

图 1-3 bZIP 转录因子的基本结构[99]Fig. 1-3 Basic structure of bZIP transcription factor[99]1.4.2.2 bZIP 转录因子家族参与基因的调控

【参考文献】

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本文编号：2762582