本文關(guān)鍵詞：大豆GmSTOP1s基因家族的克隆和功能研究

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【摘要】：酸性土壤上低磷脅迫和酸鋁毒害嚴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個大豆GmSTOP1s基因。對其轉(zhuǎn)錄激活活性、亞細胞定位以及表達模式等性質(zhì)進行了分析。進一步在擬南芥stop1突變體和野生型中超量表達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、通過比對在大豆基因組中獲得三個與擬南芥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GmSTOP1蛋白均含有典型的C2H2型鋅指結(jié)構(gòu)域。亞細胞定位結(jié)果表明,3個GmSTOP1s均定位于細胞核。酵母單雜結(jié)果顯示,雖然這3個GmSTOP1s都具有轉(zhuǎn)錄激活活性,但只有GmSTOP1-3可以與GmALMT1的啟動子區(qū)域結(jié)合。2、基因的表達模式結(jié)果顯示,鋁處理均上調(diào)了大豆根尖3個GmSTOP1s基因的表達。而酸毒害對GmSTOP1-1和GmSTOP1-3的表達無明顯影響,但在處理24小時后上調(diào)了GmSTOP1-2的表達水平。進一步分析了3個GmSTOP1s基因表達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,雖然3個GmSTOP1s基因的表達水平在不同品種間存在著明顯差異,但其表達水平與大豆的酸敏感性無顯著相關(guān)性。3、營養(yǎng)元素的缺乏對這3個GmSTOP1s基因在植株不同部位的表達有不同程度的調(diào)控。其中,缺氮、缺磷和缺硫上調(diào)了這3個GmSTOP1s基因在葉片中的表達;缺鉀僅上調(diào)了GmSTOP1-1和GmSTOP1-3在老葉的表達。缺鐵和缺鈣下調(diào)了這3個基因在新葉的表達,但對老葉中這3個基因的表達無明顯影響。在根系,GmSTOP1-1的表達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;GmSTOP1-2的表達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的表達量,但缺鐵降低了其表達水平。4、在擬南芥stop1突變體中回補表達GmSTOP1-1和GmSTOP1-2能夠恢復(fù)突變體對酸的耐受性。在野生型擬南芥中超量表達GmSTOP1s均促進了高磷條件下轉(zhuǎn)基因材料的生物量和根冠比。但在低磷條件下,僅超量表達GmSTOP1-3的轉(zhuǎn)基因株系的根冠比明顯提高。5、進一步對超量表達GmSTOP1-3的轉(zhuǎn)基因擬南芥的根表面積,總根長、主根長和側(cè)根長進行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),超量表達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個基因,對其亞細胞定位和表達模式等性質(zhì)進行了分析,同時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,為培育適應(yīng)酸性土壤的大豆品種提供理論基礎(chǔ)和候選基因。
【關(guān)鍵詞】：大豆 低磷脅迫 酸鋁毒害 GmSTOP1s
【學位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S565.1;Q943.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 前言11-16
• 1.1 酸性土壤限制植物生長的影響因子11
• 1.2 植物適應(yīng)低磷脅迫和酸鋁毒害的機制11-14
• 1.2.1 植物耐低磷脅迫的機制11-12
• 1.2.2 植物耐鋁毒的研究進展12-13
• 1.2.3 植物耐酸毒害的研究進展13-14
• 1.3 STOP轉(zhuǎn)錄因子家族調(diào)控植物適應(yīng)酸鋁毒害的研究進展14-15
• 1.4 本研究的目的與意義15-16
• 2 材料與方法16-31
• 2.1 實驗技術(shù)路線圖16
• 2.2 實驗材料16-22
• 2.2.1 植物材料16
• 2.2.2 載體與菌株16-19
• 2.2.3 試劑與藥品19
• 2.2.4 主要培養(yǎng)基19-20
• 2.2.5 抗生素等試劑配方20-21
• 2.2.6 主要儀器21-22
• 2.3 實驗方法22-31
• 2.3.1 大豆GmSTOP1s基因的生物信息學分析22
• 2.3.2 大豆GmSTOP1s基因的克隆與載體構(gòu)建22-25
• 2.3.2.1 載體構(gòu)建的實驗方法22-25
• 2.3.2.2 大豆GmSTOP1s表達載體等載體的構(gòu)建25
• 2.3.3 大豆種質(zhì)資源耐酸性分析25-26
• 2.3.4 不同營養(yǎng)元素缺乏對大豆GmSTOP1s基因表達的影響26
• 2.3.5 酸鋁脅迫對大豆GmSTOP1s基因表達的影響26-27
• 2.3.6 GmSTOP1s轉(zhuǎn)錄激活活性分析27
• 2.3.7 GmSTOP1s與GmALMT1基因啟動子的互作分析27-28
• 2.3.8 GmSTOP1s洋蔥表皮亞細胞定位28
• 2.3.8.1 洋蔥表皮細胞的準備28
• 2.3.8.2 質(zhì)粒金粉的準備28
• 2.3.8.3 GFP熒光觀察28
• 2.3.9 GmSTOP1s煙草下表皮亞細胞定位28-29
• 2.3.10 GmSTOP1s回補擬南芥stop1突變體對酸敏感性29
• 2.3.11 超量表達GmSTOP1-3 影響擬南芥對磷的響應(yīng)29
• 2.3.12 植物DNA的提取29-30
• 2.3.13 植物RNA的提取及反轉(zhuǎn)錄30
• 2.3.14 實時熒光定量PCR30
• 2.3.15 轉(zhuǎn)基因擬南芥獲取-花序侵染法30-31
• 3 結(jié)果與分析31-47
• 3.1 GmSTOP1s生物信息學分析31-33
• 3.2 GmSTOP1s亞細胞定位33-34
• 3.3 GmSTOP1s轉(zhuǎn)錄激活活性分析34
• 3.4 GmSTOP1s與GmALMT1啟動子的互作34-36
• 3.5 GmSTOP1s的表達模式分析36-42
• 3.5.1 酸鋁脅迫下GmSTOP1s基因的表達模式分析36-37
• 3.5.2 GmSTOP1s基因的自然變異分析37-40
• 3.5.2.1 大豆核心種質(zhì)庫酸敏感性分析37-38
• 3.5.2.2 酸調(diào)控GmSTOP1s表達模式的自然變異分析38-40
• 3.5.3 營養(yǎng)元素缺乏調(diào)控大豆GmSTOP1s基因的表達模式分析40-42
• 3.6 GmSTOP1s回補表達恢復(fù)擬南芥stop1突變體耐酸能力42-43
• 3.7 超量表達GmSTOP1s對擬南芥生長的影響43-47
• 3.7.1 超量表達GmSTOP1s對擬南芥植株生長的影響43-45
• 3.7.2 超量表達GmSTOP1s對擬南芥根系生長的影響45-46
• 3.7.3 超量表達GmSTOP1-3 對擬南芥根系生長的影響46-47
• 4 討論與結(jié)論47-53
• 4.1 大豆GmSTOP1s家族轉(zhuǎn)錄因子基因47-48
• 4.2 大豆GmSTOP1s的表達模式分析48-49
• 4.3 GmSTOP1s基因調(diào)控大豆耐酸鋁脅迫的功能分析49-50
• 4.4 GmSTOP1s參與大豆耐低磷脅迫的功能分析50-51
• 4.5 結(jié)論51-53
• 致謝53-55
• 參考文獻55-61
• 附錄61-62

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

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本文編號：801415