【摘要】：磷是植物生長發(fā)育必需營養(yǎng)元素，但土壤有效磷缺乏嚴重影響了作物產(chǎn)量提高與品質(zhì)改良。發(fā)掘利用植物耐低磷相關(guān)基因，創(chuàng)制磷高效作物新品種是解決上述問題最佳途徑。本研究以課題組前期克隆的轉(zhuǎn)錄因子基因GmPTF1與GmPHR1為對象，分析轉(zhuǎn)錄因子的激活活性位點、細胞內(nèi)定位、品種間的序列與表達差異及其在轉(zhuǎn)基因擬南芥中的生物學功能，旨在獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的耐低磷基因，為重要農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因育種提供功能基因。主要結(jié)果如下： 1.生物信息學比對分析發(fā)現(xiàn)，GmPTF1全長8275bp，由6個內(nèi)含子、7個外顯子組成。GmPHR1全長2751bp，包含5個內(nèi)含子與6個外顯子。GmPTF1和GmPHR1在基因組中各有2個拷貝，均位于3號、19號染色體。 2.不同大豆品種基因序列分析發(fā)現(xiàn)，GmPTF1的ORF序列在中黃15（耐低磷）與牛毛黃（不耐低磷）間沒有差異。GmPHR1的ORF序列在中黃15、冀豆11（耐低磷）與牛毛黃間存在1個堿基突變，導致編碼蛋白在第225位出現(xiàn)1個氨基酸的改變。 3.實時定量PCR分析基因表達發(fā)現(xiàn)，低磷處理下，GmPTF1主要在大豆根系表達，從低磷處理開始直至56d，，GmPTF1在中黃15中的表達量高于牛毛黃。GmPHR1主要在莖桿表達，在冀豆11中被快速誘導，0.5h出現(xiàn)第1個表達高峰，隨后稍有下降（6h），隨即又被快速誘導，12-24h出現(xiàn)第2個表達高峰；在牛毛黃中被緩慢誘導，6h出現(xiàn)高峰，隨即表達量快速下降，48h達到最低；且GmPHR1在冀豆11的表達量從低磷處理0.5-48h始終高于牛毛黃。 4.酵母單雜交分析基因編碼蛋白轉(zhuǎn)錄激活活性發(fā)現(xiàn)，GmPTF1轉(zhuǎn)錄激活活性位點位于蛋白N端和C端，GmPHR1轉(zhuǎn)錄激活活性位點位于蛋白C端。亞細胞定位與熒光顯微觀察轉(zhuǎn)GmPTF1與GmPHR1擬南芥根系發(fā)現(xiàn)，GmPTF1與GmPHR1編碼蛋白均定位于細胞核。 5.轉(zhuǎn)基因擬南芥與野生型低磷處理試驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)GmPTF1超表達植株的根冠比高于野生型與RNAi植株，RNAi植株最大根長低于野生型與超表達植株，GmPTF1具有促進低磷條件下轉(zhuǎn)基因擬南芥根系生長的作用。轉(zhuǎn)GmPHR1超表達植株的地上部干重、根系干重、植株總干重、根冠比、最大根長均優(yōu)于野生型與RNAi植株，而RNAi植株根系干重、植株總干重低于野生型，GmPHR1具有提高低磷條件下轉(zhuǎn)基因擬南芥磷素利用效率的功能。
[Abstract]:Phosphorus is an essential nutrient for plant growth and development, but the lack of available phosphorus in soil seriously affects crop yield and quality improvement. The best way to solve the above problems is to explore and utilize plant low phosphorus tolerance genes and to create new varieties of high phosphorus efficiency crops. In this study, the transcriptional factor genes GmPTF1 and GmPHR1, which were cloned earlier in the study group, were used to analyze the activation sites, intracellular localization, sequence and expression differences of transcription factors and their biological functions in transgenic Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thaliana). The aim of this paper is to obtain low phosphorus tolerance genes with independent intellectual property rights and to provide functional genes for transgenic breeding of important crops. The main results are as follows: 1. Bioinformatics analysis showed that GmPTF1 was 8275 BP in length, consisting of 6 introns and 7 exons. GmPHR1 was composed of 5 introns and 6 exons. GmPTF1 and GmPHR1 had 2 copies each in the genome, all located on chromosome 3 and 19. The ORF sequence of GmPTF1 was not different between Zhonghuang 15 (low phosphorus tolerance) and Bovine hair Yellow (low P tolerance). The ORF sequence of GmPHR1 was 1 base mutation between Zhonghuang 15, Jidou 11 (low phosphorus tolerance) and Bovine hair Yellow. The result is that the encoded protein has a change of 1 amino acid at 225th position. 3. 3. Real-time quantitative PCR analysis showed that GmPTF1 was mainly expressed in soybean root system under low phosphorus treatment, and the expression of GmPTF1 in Zhonghuang 15 was higher than that in Bovine hair Yellow. GmPHR1 was mainly expressed in stem from low phosphorus treatment until 56d. The first peak of expression appeared at 0.5 h, then decreased slightly (6 h), and then the second peak appeared in 12 to 24 h after rapid induction, and the peak appeared at 6 h in cattle hair yellow. The expression of GmPHR1 in Jidou11 was decreased rapidly at 48h, and the expression of GmPHR1 in Jidou11 was always higher than that of Bovine hair yellow from 0.5-48h of low phosphorus treatment. The transcriptional activation activity of GmPTF1 was found to be located at the N-terminal and C-terminal of GmPHR1. Subcellular localization and fluorescence microscopical observation of GmPTF1 and GmPHR1 in Arabidopsis thaliana root system it was found that both GmPTF1 and GmPHR1 encoded proteins were located in the nucleus. Transgenic Arabidopsis thaliana and wild type low phosphorus treatment showed that The root / shoot ratio of transgenic GmPTF1 superexpressed plants was higher than that of wild type and RNAi plants. The maximum root length of transgenic plants was lower than that of wild type and overexpression plants. GmPTF1 could promote the root growth of transgenic Arabidopsis thaliana under low phosphorus. The aboveground dry weight, root dry weight, total plant dry weight, root to shoot ratio, maximum root length of GmPHR1 overexpressed plants were superior to those of wild type and RNAi plants, while the root dry weight of RNAi plants was better than that of wild type and RNAi plants. The total dry weight of plants was lower than that of wild type GmPHR1, which could improve the phosphorus utilization efficiency of transgenic Arabidopsis thaliana under low phosphorus.
【學位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：S565.1

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本文編號：2136553