大豆GmSTOP1s基因家族的克隆和功能研究

发布时间：2017-09-06 01:33

  本文关键词：大豆GmSTOP1s基因家族的克隆和功能研究

  更多相关文章： 大豆 低磷胁迫 酸铝毒害 GmSTOP1s

【摘要】：酸性土壤上低磷胁迫和酸铝毒害严重影响了植物的生长和发育。农业生产中主要通过施用磷肥和石灰来降低磷缺乏和酸铝毒害对作物生产的影响,但这种高投入的方式不适用可持续农业发展,且过量施用磷肥易导致环境的污染。因此研究作物适应低磷胁迫和酸铝毒害的生理和分子机理,培育适应酸性土壤的作物品种显得尤为重要。转录因子STOP1在植物响应酸铝机制中起到重要作用。本研究以大豆为材料,通过同源克隆,获得3个大豆GmSTOP1s基因。对其转录激活活性、亚细胞定位以及表达模式等性质进行了分析。进一步在拟南芥stop1突变体和野生型中超量表达GmSTOP1s基因,初步分析其调控植物适应低磷胁迫和酸毒害的功能。主要结果如下:1、通过比对在大豆基因组中获得三个与拟南芥AtSTOP1高度同源的GmSTOP1基因,分别将其命名为GmSTOP1-1,GmSTOP1-2和GmSTOP1-3。这3个GmSTOP1蛋白均含有典型的C2H2型锌指结构域。亚细胞定位结果表明,3个GmSTOP1s均定位于细胞核。酵母单杂结果显示,虽然这3个GmSTOP1s都具有转录激活活性,但只有GmSTOP1-3可以与GmALMT1的启动子区域结合。2、基因的表达模式结果显示,铝处理均上调了大豆根尖3个GmSTOP1s基因的表达。而酸毒害对GmSTOP1-1和GmSTOP1-3的表达无明显影响,但在处理24小时后上调了GmSTOP1-2的表达水平。进一步分析了3个GmSTOP1s基因表达模式的自然变异及其与大豆酸敏感性的相关性。结果显示,虽然3个GmSTOP1s基因的表达水平在不同品种间存在着明显差异,但其表达水平与大豆的酸敏感性无显著相关性。3、营养元素的缺乏对这3个GmSTOP1s基因在植株不同部位的表达有不同程度的调控。其中,缺氮、缺磷和缺硫上调了这3个GmSTOP1s基因在叶片中的表达;缺钾仅上调了GmSTOP1-1和GmSTOP1-3在老叶的表达。缺铁和缺钙下调了这3个基因在新叶的表达,但对老叶中这3个基因的表达无明显影响。在根系,GmSTOP1-1的表达只在缺氮条件下稍有提高,缺硫则明显抑制了该基因的表达;GmSTOP1-2的表达在缺钙和缺铁条件下上调,在其他缺素处理中无明显变化;缺氮、磷和硫的处理增加了GmSTOP1-3的表达量,但缺铁降低了其表达水平。4、在拟南芥stop1突变体中回补表达GmSTOP1-1和GmSTOP1-2能够恢复突变体对酸的耐受性。在野生型拟南芥中超量表达GmSTOP1s均促进了高磷条件下转基因材料的生物量和根冠比。但在低磷条件下,仅超量表达GmSTOP1-3的转基因株系的根冠比明显提高。5、进一步对超量表达GmSTOP1-3的转基因拟南芥的根表面积,总根长、主根长和侧根长进行了分析。结果发现,超量表达GmSTOP1-3能够提高转基因株系的根表面积,总根长和侧根长,但对主根长度无明显影响。综上所述,本研究克隆了大豆GmSTOP1s转录因子家族的3个基因,对其亚细胞定位和表达模式等性质进行了分析,同时初步解析了其在植物适应酸铝胁迫和低磷胁迫中的功能,为培育适应酸性土壤的大豆品种提供理论基础和候选基因。
【关键词】：大豆 低磷胁迫 酸铝毒害 GmSTOP1s
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S565.1;Q943.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 前言11-16
• 1.1 酸性土壤限制植物生长的影响因子11
• 1.2 植物适应低磷胁迫和酸铝毒害的机制11-14
• 1.2.1 植物耐低磷胁迫的机制11-12
• 1.2.2 植物耐铝毒的研究进展12-13
• 1.2.3 植物耐酸毒害的研究进展13-14
• 1.3 STOP转录因子家族调控植物适应酸铝毒害的研究进展14-15
• 1.4 本研究的目的与意义15-16
• 2 材料与方法16-31
• 2.1 实验技术路线图16
• 2.2 实验材料16-22
• 2.2.1 植物材料16
• 2.2.2 载体与菌株16-19
• 2.2.3 试剂与药品19
• 2.2.4 主要培养基19-20
• 2.2.5 抗生素等试剂配方20-21
• 2.2.6 主要仪器21-22
• 2.3 实验方法22-31
• 2.3.1 大豆GmSTOP1s基因的生物信息学分析22
• 2.3.2 大豆GmSTOP1s基因的克隆与载体构建22-25
• 2.3.2.1 载体构建的实验方法22-25
• 2.3.2.2 大豆GmSTOP1s表达载体等载体的构建25
• 2.3.3 大豆种质资源耐酸性分析25-26
• 2.3.4 不同营养元素缺乏对大豆GmSTOP1s基因表达的影响26
• 2.3.5 酸铝胁迫对大豆GmSTOP1s基因表达的影响26-27
• 2.3.6 GmSTOP1s转录激活活性分析27
• 2.3.7 GmSTOP1s与GmALMT1基因启动子的互作分析27-28
• 2.3.8 GmSTOP1s洋葱表皮亚细胞定位28
• 2.3.8.1 洋葱表皮细胞的准备28
• 2.3.8.2 质粒金粉的准备28
• 2.3.8.3 GFP荧光观察28
• 2.3.9 GmSTOP1s烟草下表皮亚细胞定位28-29
• 2.3.10 GmSTOP1s回补拟南芥stop1突变体对酸敏感性29
• 2.3.11 超量表达GmSTOP1-3 影响拟南芥对磷的响应29
• 2.3.12 植物DNA的提取29-30
• 2.3.13 植物RNA的提取及反转录30
• 2.3.14 实时荧光定量PCR30
• 2.3.15 转基因拟南芥获取-花序侵染法30-31
• 3 结果与分析31-47
• 3.1 GmSTOP1s生物信息学分析31-33
• 3.2 GmSTOP1s亚细胞定位33-34
• 3.3 GmSTOP1s转录激活活性分析34
• 3.4 GmSTOP1s与GmALMT1启动子的互作34-36
• 3.5 GmSTOP1s的表达模式分析36-42
• 3.5.1 酸铝胁迫下GmSTOP1s基因的表达模式分析36-37
• 3.5.2 GmSTOP1s基因的自然变异分析37-40
• 3.5.2.1 大豆核心种质库酸敏感性分析37-38
• 3.5.2.2 酸调控GmSTOP1s表达模式的自然变异分析38-40
• 3.5.3 营养元素缺乏调控大豆GmSTOP1s基因的表达模式分析40-42
• 3.6 GmSTOP1s回补表达恢复拟南芥stop1突变体耐酸能力42-43
• 3.7 超量表达GmSTOP1s对拟南芥生长的影响43-47
• 3.7.1 超量表达GmSTOP1s对拟南芥植株生长的影响43-45
• 3.7.2 超量表达GmSTOP1s对拟南芥根系生长的影响45-46
• 3.7.3 超量表达GmSTOP1-3 对拟南芥根系生长的影响46-47
• 4 讨论与结论47-53
• 4.1 大豆GmSTOP1s家族转录因子基因47-48
• 4.2 大豆GmSTOP1s的表达模式分析48-49
• 4.3 GmSTOP1s基因调控大豆耐酸铝胁迫的功能分析49-50
• 4.4 GmSTOP1s参与大豆耐低磷胁迫的功能分析50-51
• 4.5 结论51-53
• 致谢53-55
• 参考文献55-61
• 附录61-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：801415