GmNINa下调GmBAK1e表达促进结瘤的机制研究

发布时间：2020-07-31 21:40

【摘要】：氮素是植物生长发育必需的大量元素,植物根系从土壤获得的氮素营养以硝态氮和铵态氮为主要形式。在自然条件下,大豆主要依赖于与根瘤菌的共生作用,直接将自然界中氮固定位植物可利用的氮源。但根瘤菌是一种革兰氏阴性菌,也能够引起宿主的免疫反应,并随着根瘤菌侵染及共生关系的建立,免疫反应水平逐渐降低。因此,抑制大豆的免疫反应是建立大豆与根瘤菌共生固氮的必要条件之一,但是在此过程中免疫反应动态调控的机制还不清楚。前期他人的染色质免疫共沉淀测序研究发现,百脉根中结瘤重要转录因子LjNIN(Nodule Inception)在拟南芥AtBAK1的同源基因LjBAK1的启动子上有富集,说明很可能LjNIN转录调控植物免疫反应。为了探索这种机制是否存在,我们以大豆为研究对象,分析了大豆GmBAK1s家族基因,并对其中候选基因在共生固氮中的生物学功能及其与GmNINa的关系进行了研究,并取得以下进展:对大豆AtBAK1的同源基因开展了较为系统的生物信息学分析。通过对GmBAK1s家族基因进行鉴定及系统发生分析,在大豆基因组中共鉴定出5个AtBAK1的同源基因,根据其在染色体上的位置命名为GmBAK1a、GmBAK1b、GmBAK1c、GmBAK1d和GmBAK1e。进一步通过eFP网站中的表达数据分析发现,GmBAK1d和GmBAK1e在地下部根部和根瘤特异表达。最后,通过启动子元件分析,发现GmBAK1e启动子失去了防御反应相关顺式作用元件,但出现了4个NBS(NIN binding site)结合元件,预示可能该基因受NIN转录调控。对GmBAK1e的生物学功能初步研究发现,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术造成GmBAK1e功能缺失可以提高大豆结瘤数目,而过表达GmBAK1e则导致大豆结瘤受到抑制,结瘤数目减少,说明GmBAK1e是大豆结瘤中的负调控因子。进一步通过RT-qPCR和GUS染色分析结果发现,无论在大豆还是在烟草中,过表达GmNINa均可以抑制GmBAK1e的表达。最后,通过EMSA技术初步证明GmNINa可以直接结合GmBAK1e启动子上的NIN结合元件。该结果预示着GmNINa可能直接靶向并抑制调控GmBAK1e转录。上述结果表明GmBAK1e是调控大豆共生结瘤的一个负调控因子,其表达很可能受GmNINa直接调控。基于AtBAK1在植物免疫中的重要作用,本结果为后续进一步深入研究GmBAK1e的功能及其与GmNINa在根瘤菌侵染及共生固氮中关系和机制奠定了基础。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.1;Q943.2
【图文】：

结瘤,根系,固氮

图 1. 结瘤过程中根系协调发育(Oldroyd et al 2008)。Figure 1. Coordinated root development during nodulation.1.1.4 结瘤信号转录因子 NIN 研究进展Griesmann 等在生物固氮起源和多样性新机制项目研究中，发现根瘤菌和豆科植物的共生固氮是适应土壤低氮条件的产物，是一种独特的生物学适应机制。NIN 和 RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH (RPGRH)是固氮遗传代谢通路上的关键的不可或缺的两个基因，它们的丢失与固氮分支中非固氮植物丢失固氮性状正好相一致（Griesmann et al 2018）。NIN 是结瘤早期关键的调节因子，是首个在结瘤中被发现的结瘤相关转录因子，NIN 基因突变造成了结瘤异常表型, 而 NIN 过表达的根中能产生类似于根瘤原基的结构，即自发结瘤。ProNIN::GUS 结果显示在根瘤菌侵染之后 NIN 在表皮只有

相互作用模式,系统动态,受体,激酶

疫系统动态相互作用模式图（Jones and Dangl 2006）。igzag model illustrates the quantitative output of the plant immune sy PTI 模式识别受体研究进展别受体（PRRs）是一种受体类激酶 (RLKs)，它具有配体结导的细胞内激酶域，或受体类蛋白质缺少一个重要的细胞内成一个异受体复杂的 RLKs 或类似于受体的细胞质激酶给下。鞭毛受体 FLS2 有丰富的亮氨酸重复 (LRR)细胞外域和活′omez et al 2000）。FLS2 和它的共同受体油菜内脂素激活受体细菌鞭毛，它们的激酶结构域都通过转磷酸酯化，允许由葡1)，增殖蛋白激酶 MAPK 和钙依赖蛋白激酶 CDPK 调节下游2010; Zhang et al 2010）。延伸因子受体 EFR，也需要 BAK1

内脂,细胞死亡,家族,受体

华中农业大学 2019 届硕士研究生学位（毕业）论文菜内脂素受体 BRI1 互作蛋白，即 BAK1，被认为是油菜内脂素途径上同时也被命名为 SERK3，属于 SERK 家族（共 5 个成员）。在植物免K1/SERK3 与其他几个 PRRs 形成异二聚体，包括 EFR 和感知内源性s）的受体 (PEPR1) (图 3）。BAK1 家族类受体激酶分别接触 BRI1 与 FLS2 与鞭毛蛋白结合处参与配体传感，发挥共受体作用（Santiaun et al 2013）。SERK3/BAK1 和 SERK4（也称为 BAK1 like 1, BKK素独立负调控细胞死亡，拟南芥 bak1serk4 突变体表现出幼苗致死和自He et al 2007; Kemmerling et al 2007）。蛋白 N 端糖基化和核胞浆转运和 SERK4 调控的细胞死亡控制（de Oliveira et al 2016; Du et al 2016），BAK1 或其外域的过度表达也可能通过本构性防御激活触发细inguez-Ferreras et al 2015）。因此，BAK1 的稳态对其在植物生长和免有重要意义。

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