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大豆(Glycine max L.Merr.)是重要经济作物。本论文对大豆bZIP和MYB两个转录因子家族成员与非生物胁迫应答和耐逆性的相关性进行了研究,取得以下结果:
一、大豆bZIP家族在非生物胁迫下的功能研究
从大豆EST数据库中聚类了151个bZIP基因,命名为GmbZIP,其中47个为全长cDNA序列。运用全长或保守序列分别对拟南芥bZIP家族和47个全长GmbZIP以及75个拟南芥bZIPs和151个GmbZIP进行了系统分析,两者得到相似的结果均可将bZIP成员分成10类。
用RT-PCR方法分析了151个GmbZIP基因对盐、冷、旱和外源ABA处理的应答反应,表明有55个基因至少对盐、冷和旱三种处理中的一种有应答反应。前人对bZIP参与植物耐逆性调控的研究主要集中于A类家族,因此我们从上述55个基因中挑选了5个不属于A类的基因,即GmbZIP44、GmbZIP46、GmbZIP62、 GmbZIP78和GmbZIP132作进一步研究。酵母双杂交系统实验表明这5个bZIP蛋白在该系统中均无转录激活活性,在酵母单杂交系统中,上述5个蛋白均可结合GLM序列,其中GmbZIP78还能与ABRE元件结合,因此它们是具有生物学功能的。5个蛋白中仅GmbZIP46能形成同源二聚体,并且还可分别与GmbZIP62和GmMYB76形成异源二聚体。GmMYB76是参与非生物逆境应答的基因,GmbZIP46是否通过与GmMYB76的相互作用调控下游基因还有待进一步研究。
分别在拟南芥中过量表达GmbZIP44、GmbZIP62、GmbZIP78和GmbZIP132,表型分析结果显示,与野生型植株比较,各转基因株系在不同生长时期对ABA反应均不敏感;转GmbZIP44、GmbZIP62、GmbZIP78基因各株系在所有生长时期中,其耐盐性均有所提高,而转GmbZIP132的各株系在苗期不具明显耐盐性,但在种子萌发期具有一定的耐盐性。此外4种转基因株系的耐冻性均高于野生型,此表型可能与转基因植株中的脯氨酸含量明显高于对照相关。下游基因分析表明,已知受ABA诱导表达的基因在4种转基因株系中基本不受诱导,甚至抑制,而2个ABA抑制的基因SKOR和KAT2却受到诱导,其它一些非生物胁迫应答基因,例如,DREB2,P5CS等也受诱导。
从上述结果可以认为,GmbZIP44,GmbZIP62,GmbZIP78和GmbZIP132基因在非生物胁迫应答和ABA调控途径中是不同于ABRE结合的ABA效应基因。
二、大豆MYB家族在非生物胁迫下的功能研究
从大豆EST数据库中聚类了137个MYB基因,命名为GmMYB,其中50个为全长cDNA。50个全长的GmMYB与203个拟南芥MYB作了系统分析,可以将其分成30类,对137个GmMYB系统关系也作了初步分析,得到相似结果。
用RT-PCR方法分析了137个GmMYB基因表达与盐、冷、旱和外源ABA处理的关系,结果显示有48个基因至少对盐、冷和旱三种处理中的一种有应答反应。从上述48个基因中挑选了3个基因,即GmMYB76、GmMYB92和GmbMYB177作进一步研究。在酵母双杂交系统中鉴定了上述基因的转录激活活性,表明GmMYB76、GmMYB92具有转录激活活性,并能形成同源二聚体,GmMYB76与GmMYB177能够形成异源二聚体,而且GmMYB76还能够与GmbZIP46相互作用。在酵母单杂交系统中,上述蛋白均可结合MBSⅠ序列,而GmMYB92还能结合MRE4元件。
分别在拟南芥中过量表达GmMYB76、GmMYB92和GmMYB177,表型分析表明,与野生型植株比较,3类转基因株系在不同生长时期均对外源ABA不敏感;转GmMYB76和GmMYB177的各株系的不同生长时期均对盐胁迫有较高耐性,而GmMYB92转基因株系在低或高浓度盐处理下均无明显耐盐性,但在种子萌发期有一定的耐盐性。
此外,上述3类转基因株系均显示了一定的抗冻性。与转GmbZIP株系相似,3个GmMYB也调控一些与非生物胁迫相关的基因,与野生型植株比较,转基因植株中的脯氨酸含量显著升高。对上述目的基因可能参与的调控途径作了分析。