大豆DELLA基因GmGAI1a参与赤霉素信号传导途径的功能分析

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赤霉素(Gibberellin)是一种高效能的广谱植物生长调节剂,影响几乎所有高等植物的生长发育的全过程,包括种子的萌发,下胚轴的伸长,茎的伸长,花的形成以及种子的发育,具有重要的生物学功能。DELLA基因是赤霉素信号途径中重要的转录因子,属于GRAS家族,负向调节GA信号途径,并抑制植物生长发育。此外,DELLA蛋白可能是植物对多种激素信号和外界环境信号系统的整合因子,对受DELLA调节的基因的启动子序列分析表明,它们不具有保守的顺式反应元件,这也印证了DELLA通过与不同的转录因子作用,调控诸多的下游基因。大豆是重要的粮食作物和油料作物,生长发育进程严重影响着大豆的品质和产量,因此研究大豆DELLA蛋白在GA信号传导中的作用,以及它们调控大豆的生长发育的分子机制非常重要。   本研究通过利用生物信息学手段分析了实验室已克隆的大豆DELLA基因(GmGAI1a),用实时定量PCR的方法研究了大豆GmGAI1a基因的组织特异性表达模式,对GmGAI1a基因过表达烟草进行了表型分析,利用农杆菌介导花序侵染法获得GmGAI1a基因过表达拟南芥并进行表型分析,探讨了大豆GmGAI1a基因在植物中的功能,主要结果如下:   1、克隆的大豆GmGAI1a基因, cDNA长度为1656bp,无内含子,编码523个氨基酸。对大豆基因组GmGAI同源基因进行序列比对表明:GmGAI1a与Glyma04921340、Glyma06923940、Glyma08910140、Glyma10933380、Glymal lg33720和Glyma18904500的同源率分别为50.7%、50.8%、93.6%、51.1%、65.4%、66.2%。与拟南芥、水稻、大麦、小麦、豌豆等不同物种中的DELLA蛋白进行比对及进化分析表明,GmGAI基因与双子叶植物的GAI基因进化距离非常相近,与大多数单子叶植物距离都比较远,并且GmGAI7个拷贝都有与之最近的其他物种。   2、Real-time RT-PCR分析表明:GmGAI1a在大豆的叶、花、根、茎和三出复叶、胚、豆荚中为组成型表达,并且GmGAI1a在胚组织中表达最高;Real-time RT-PCR的分析表明,赤霉素处理大豆抑制了大豆GmGAI1a的表达。   3、PCR检测获得了转GmGAI1a基因T2代转基因植株15株,对转基因拟南芥进行表型分析,结果表明:与对照植株相比,转基因植株根较短,萌发较慢,极度矮化,结荚数较少,开花较晚;对转基因材料分别施加PAC和ABA,结果表明过表达植株对PAC和ABA的敏感性变强;对拟南芥植株进行赤霉素处理,结果表明:GmGAI1a过表达拟南芥降低了赤霉素对植株生长的促进作用,表明GmGAI1a抑制GA信号转导。   4、PCR鉴定获得T3代转基因烟草,对其进行表型分析表明,与非转基因植株相比,过表达的转基因植株较矮,开花较晚,且时间较短,节数较少。   5、RT-PCR分析表明,转基因植株中的expassion表达量降低;赤霉素处理转基因拟南芥和转基因烟草中均可抑制GA20ox基因的表达。
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