大豆GmSTOP1s基因家族的克隆和功能研究.pdf

1、酸性土壤上低磷脅迫和酸鋁毒害嚴(yán)重影響了植物的生長和發(fā)育。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要通過施用磷肥和石灰來降低磷缺乏和酸鋁毒害對(duì)作物生產(chǎn)的影響，但這種高投入的方式不適用可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展，且過量施用磷肥易導(dǎo)致環(huán)境的污染。因此研究作物適應(yīng)低磷脅迫和酸鋁毒害的生理和分子機(jī)理，培育適應(yīng)酸性土壤的作物品種顯得尤為重要。轉(zhuǎn)錄因子STOP1在植物響應(yīng)酸鋁機(jī)制中起到重要作用。本研究以大豆為材料，通過同源克隆，獲得3個(gè)大豆GmSTOP1s基因。對(duì)其轉(zhuǎn)錄激活活性、亞細(xì)胞定位

2、以及表達(dá)模式等性質(zhì)進(jìn)行了分析。進(jìn)一步在擬南芥stop1突變體和野生型中超量表達(dá)GmSTOP1s基因，初步分析其調(diào)控植物適應(yīng)低磷脅迫和酸毒害的功能。主要結(jié)果如下：
　　1、通過比對(duì)在大豆基因組中獲得三個(gè)與擬南芥 AtSTOP1高度同源的GmSTOP1基因，分別將其命名為GmSTOP1-1，GmSTOP1-2和GmSTOP1-3。這3個(gè)GmSTOP1蛋白均含有典型的C2H2型鋅指結(jié)構(gòu)域。亞細(xì)胞定位結(jié)果表明，3個(gè)GmSTOP1s均定位于

3、細(xì)胞核。酵母單雜結(jié)果顯示，雖然這3個(gè)GmSTOP1s都具有轉(zhuǎn)錄激活活性，但只有GmSTOP1-3可以與GmALMT1的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合。
　　2、基因的表達(dá)模式結(jié)果顯示，鋁處理均上調(diào)了大豆根尖3個(gè)GmSTOP1s基因的表達(dá)。而酸毒害對(duì)GmSTOP1-1和GmSTOP1-3的表達(dá)無明顯影響，但在處理24小時(shí)后上調(diào)了GmSTOP1-2的表達(dá)水平。進(jìn)一步分析了3個(gè)GmSTOP1s基因表達(dá)模式的自然變異及其與大豆酸敏感性的相關(guān)性。結(jié)果顯示，

4、雖然3個(gè)GmSTOP1s基因的表達(dá)水平在不同品種間存在著明顯差異，但其表達(dá)水平與大豆的酸敏感性無顯著相關(guān)性。
　　3、營養(yǎng)元素的缺乏對(duì)這3個(gè)GmSTOP1s基因在植株不同部位的表達(dá)有不同程度的調(diào)控。其中，缺氮、缺磷和缺硫上調(diào)了這3個(gè)GmSTOP1s基因在葉片中的表達(dá)；缺鉀僅上調(diào)了GmSTOP1-1和GmSTOP1-3在老葉的表達(dá)。缺鐵和缺鈣下調(diào)了這3個(gè)基因在新葉的表達(dá)，但對(duì)老葉中這3個(gè)基因的表達(dá)無明顯影響。在根系，GmSTOP1-

5、1的表達(dá)只在缺氮條件下稍有提高，缺硫則明顯抑制了該基因的表達(dá)；GmSTOP1-2的表達(dá)在缺鈣和缺鐵條件下上調(diào)，在其他缺素處理中無明顯變化；缺氮、磷和硫的處理增加了GmSTOP1-3的表達(dá)量，但缺鐵降低了其表達(dá)水平。
　　4、在擬南芥stop1突變體中回補(bǔ)表達(dá)GmSTOP1-1和GmSTOP1-2能夠恢復(fù)突變體對(duì)酸的耐受性。在野生型擬南芥中超量表達(dá)GmSTOP1s均促進(jìn)了高磷條件下轉(zhuǎn)基因材料的生物量和根冠比。但在低磷條件下，僅超量表

6、達(dá) GmSTOP1-3的轉(zhuǎn)基因株系的根冠比明顯提高。
　　5、進(jìn)一步對(duì)超量表達(dá)GmSTOP1-3的轉(zhuǎn)基因擬南芥的根表面積，總根長、主根長和側(cè)根長進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超量表達(dá)GmSTOP1-3能夠提高轉(zhuǎn)基因株系的根表面積，總根長和側(cè)根長，但對(duì)主根長度無明顯影響。
　　綜上所述，本研究克隆了大豆GmSTOP1s轉(zhuǎn)錄因子家族的3個(gè)基因，對(duì)其亞細(xì)胞定位和表達(dá)模式等性質(zhì)進(jìn)行了分析，同時(shí)初步解析了其在植物適應(yīng)酸鋁脅迫和低磷脅迫中的功能