MAX基因參與大豆獨角金內(nèi)酯合成和信號傳導(dǎo)的功能研究.pdf

1、獨腳金內(nèi)酯(Strigolactones，SLs)是一種重要的植物次生代謝物，它在調(diào)節(jié)植物根的生長、根毛發(fā)育、芽枝產(chǎn)生、植物共生菌的互作等生理過程中都發(fā)揮著重要作用。通過對擬南芥、豌豆、水稻和矮牽牛的芽枝突變體研究已經(jīng)鑒定出多個參與獨腳金內(nèi)酯合成和信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵基因，然而，其在大豆中是如何合成以及信號是如何傳導(dǎo)等卻仍然并不清楚。
　　鑒于獨腳金內(nèi)酯如此重要而它們的生物合成底物（類胡蘿卜素）又是普遍存在的，因此在本研究中，我們主要對

2、大豆基因組中控制獨腳金內(nèi)酯合成和信號傳導(dǎo)相關(guān)的基因進(jìn)行了鑒定。我們首先在大豆基因組中找到MORE MAXILLARY BRANCHING(MAX)的同源基因:GmMAX1s，GmMAX2s，GmMAX3s，GmMAX4;然后根據(jù)表達(dá)水平對這些基因進(jìn)一步篩選，最后挑選出四個基因在根中表達(dá)量相對較高，且與根中獨腳金內(nèi)酯合成相關(guān)。為了進(jìn)一步研究GmMAX的基因功能，我們挑選GmMAX1a,GmMAX2a,GmMAX3b和GmMAX4a作為候選

3、基因并借助相關(guān)突變體材料進(jìn)行了深入研究。在擬南芥中，通過突變體、突變體互補(bǔ)以及超表達(dá)株系對這四個基因進(jìn)行了功能鑒定，并鑒定了它們在芽枝、株高、葉形、主根長度、毛狀發(fā)根、表皮毛數(shù)目和長度等表型中的作用。我們發(fā)現(xiàn)在互補(bǔ)材料中不僅外在表型得到了恢復(fù)，而且突變體植株中被破壞的激素平衡比如所有突變體中JA和ABA的含量顯著降低，生長素在atmax1，atmax3，atmax4中顯著偏高等變化也恢復(fù)到正常水平。而在超表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系中，相比于野生型其

4、激素含量及平衡又被打破。
　　非生物逆境對許多作物的產(chǎn)量產(chǎn)生不利的影響，因此我們也在轉(zhuǎn)基因擬南芥和大豆根毛中檢測獨腳金內(nèi)酯合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的功能。在獨腳金內(nèi)酯合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的擬南芥突變體atmax1，atmax2，atmax3,atmax4中，發(fā)現(xiàn)在干旱條件下突變體的存活率比野生型有顯著降低，同時發(fā)現(xiàn)超表達(dá)獨腳金內(nèi)酯合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的GmMAXs基因同對照超表達(dá)GUS基因相比，可以顯著提高根毛的抗旱性。表型分析發(fā)現(xiàn)

5、突變體也表現(xiàn)出對干旱脅迫更為敏感的表型。這些結(jié)果表明獨腳金內(nèi)酯合成途徑和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在干旱脅迫中起著重要作用。
　　GmMAXs的材料根毛形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因陽性株系的根毛顯著長于對照組。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)這些基因超表達(dá)后許多激素相關(guān)基因的表達(dá)也都發(fā)生顯著變化。與之對應(yīng)，GmMAX1a,GmMAX3b和GmMAX4a超表達(dá)材料根毛中ABA含量減少，JA含量增加;GmMAX1a和GmMAX4a超表達(dá)株系根毛中生長素含量增加，而GmMA

6、X3b超表達(dá)株系的根毛中生長素含量并未檢測到明顯差異。GmMAX2a超表達(dá)株系與GUS對照材料相比ABA和JA含量都顯著增加，IAA含量降低，而在抑制株系GmMAX3b-KD則觀察到完全相反的表型。
　　同時，我們也在大豆的超表達(dá)和抑制株系中檢測了這些基因?qū)Y(jié)瘤的影響。超表達(dá)GmMAX1a，GmMAX2a，GmMAX3b和GmMAX4a的株系(GmMAX1a-OE,GmMAX2a-OE,GmMAX3b-OE和GmMAX4a-OE)

7、中結(jié)瘤數(shù)目增多，而在GmMAX3b的抑制株系(GmMAX3b-KD)中結(jié)瘤數(shù)目減少。GmMAXs轉(zhuǎn)基因發(fā)根中幾個關(guān)鍵結(jié)瘤基因的表達(dá)水平也發(fā)生了改變。說明獨腳金內(nèi)酯相關(guān)的GmMAXs系列基因正調(diào)控結(jié)瘤。另外，我們也發(fā)現(xiàn)在B.japonicaUSDA110菌株處理48h后，超表達(dá)株系中的結(jié)瘤早期基因如GmNSP1a,GmNSP1β表達(dá)量顯著高于GUS對照組。
　　另外，亞細(xì)胞定位顯示獨腳金內(nèi)酯合成相關(guān)的GmMAX1a-GFP，GmMA