【摘 要】
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氮素是植物必需的营养物质之一,也是限制作物产量的主要因素。为了满足可持续农业的需要,需要最大限度地提高作物的生物固氮能力。豆科植物能够与固氮的土壤细菌建立根瘤共生(root nodule symbiosis,RNS),这些细菌统称为根瘤菌。这种共生关系是高度特异的,每一种根瘤菌/菌株只与特定的豆科植物相互作用,反之亦然。结瘤过程包括从最初的根瘤菌附着和侵染线的建立到晚期根瘤的形成等的多个相互作用阶
【基金项目】
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山西省重点研发一般项目 (201703D221004-5); 山西省重点研发计划重点项目 (201703D211001); 山西省自然科学基金(201801D121247,201901D111304); 山西农业大学科技创新基金(zdpy201706);
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氮素是植物必需的营养物质之一,也是限制作物产量的主要因素。为了满足可持续农业的需要,需要最大限度地提高作物的生物固氮能力。豆科植物能够与固氮的土壤细菌建立根瘤共生(root nodule symbiosis,RNS),这些细菌统称为根瘤菌。这种共生关系是高度特异的,每一种根瘤菌/菌株只与特定的豆科植物相互作用,反之亦然。结瘤过程包括从最初的根瘤菌附着和侵染线的建立到晚期根瘤的形成等的多个相互作用阶段,其中伴随着植物和根瘤菌之间存在复杂的分子信号。根瘤菌侵染的方式有很多,其中根毛侵染(root hair entry)的机制研究的比较广泛,但是裂缝侵染(crack entry)的机制还有待研究。花生结瘤固氮效率低,有很大的提升空间,研究花生研究不同的侵染方式有助于人们更好的为非豆科植物结瘤固氮提供新思路。花生(Arachis hypogaea L)作为经典型的裂缝侵染的豆科植物,本研究以花生为研究对象,从花生中克隆获得前期转录组筛选的根瘤高表达的AhCID2基因,对其进行了生物信息学、表达模式分析;进行花生根毛转化验证AhCID2基因的功能;分析并克隆了AhCID2基因的启动子。研究结果如下:(1)根据转录组分析获得的信息,确定在根瘤中高表达的AhCID2作为研究目标。对其进行了生物信息学分析,共线性分析显示该基因为花生特有基因,该基因为孤儿基因。结构域分析显示该蛋白包含一个跨膜域,AhCID2蛋白可能为转运蛋白,蛋白质二三结构预测显示该蛋白与Lpt C蛋白结构相似,AhCID2蛋白可能为受体蛋白。并设计引物从花生中克隆。(2)AhCID2的表达模式分析结果显示,AhCID2基因在不同组织和不同时期表达存在差异性显著,AhCID2在根和根瘤中表达量较高,在其他组织中表达量低,14dai(day after inoculation)和28dai表达量最高。在一天内表达量显著上调,说明AhCID2基因在侵染前期受根瘤菌诱导。随着侵染的推进AhCID2基因表达依旧很高,推测其可能在根瘤形成和固氮等过程中都发挥作用。(3)克隆并构建植物过表达载体和基因编辑载体,通过毛状根转化验证该基因功能。结果显示,过表达与对照相比根瘤数目显著性上升。说明AhCID2基因在花生结瘤固氮中发挥重要作用。(4)对花生AhCID2基因的启动子进行了克隆,长度为1708bp。生信分析显示AhCID2基因的启动子除具有典型的CAAT-box和TATA-box元件外还具有光响应元件、激素和抗逆相关的元件。构建了GUS染色载体,用于进一步验证该基因的功能。
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