转低磷诱导基因GmSPX3大豆新材料创制

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磷作为植物生长发育所必须的三大营养元素之一,参与了植物体内多种生长代谢及生理生化反应。SPX基因是响应低磷胁迫的重要因子,对调节植物体内磷素平衡具有重要意义。本研究利用已有转录组筛选了1个低磷诱导的基因Glyma.03G032400,命名为GmSPX3。生物信息学分析表明该基因编码蛋白含有一个SPX结构域。随后,构建了GmSPX3超表达载体,并通过农杆菌转化法获得了转GmSPX3大豆。正常磷和低磷条件下农艺性状分析表明GmSPX3超表达负面影响大豆的单株粒重和百粒重等产量关键指标。最后,本研究利用Crispr-Cas9技术初步获得了基因编辑大豆。这些结果对培育磷利用大豆以及深入解析大豆体内磷素平衡提供了重要材料。主要研究结果如下:1.利用已有转录组数据,挖掘到1个低磷诱导表达基因Glyma.03G032400,命名为GmSPX3,该基因的开放阅读框(ORF)长度为786 bp,编码262个氨基酸。生物信息学分析表明,该蛋白包含一个SPX结构域,不存在信号肽序列和跨膜结构域,属于非分泌蛋白;总平均疏水性为-0.311,属于亲水蛋白。同源比对发现GmSPX3与野生大豆具有较高的相似性,亲缘关系最近,说明GmSPX3在进化上保守性较强。2.克隆了GmSPX3的cDNA序列,随后构建了 pZHAC-GmSPX3植物表达载体,通过农杆菌介导的子叶结法初步获得阳性植株。3.利用草铵膦喷涂、Bar试纸条检测、PCR检测、Western Blot检测,最终获得2株抗除草剂、GmSPX3稳定表达的转基因大豆(3S-4、3S-6)。4.农艺性状调查显示,低磷处理下,与野生型对照相比,转基因株系(3s-4、3s-6)的单株荚数分别显著降低了 12.05%、16.47%,单株粒数分别显著降低了10.73%、10.55%,单株粒重分别显著降低了 16.29%、19.34%,百粒重分别显著降低了 16.15%、12.54%,表明GmSPX3超表达对单株粒重和百粒重等产量关键指标均产生了负面影响,预示其在大豆磷利用方面起负调控作用。5.构建了 GmSPX3的Crispr-Cas9载体,利用农杆菌介导法结合DNA测序初步获得了4株基因编辑大豆。
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