【摘 要】
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丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能与80%以上的陆生植物形成共生关系。AMF在与植物共生过程中存在养分和碳的交换,使得寄主植物和真菌都能获益。SWEET(Sugar
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丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)能与80%以上的陆生植物形成共生关系。AMF在与植物共生过程中存在养分和碳的交换,使得寄主植物和真菌都能获益。SWEET(Sugars Will Eventually be Exported Transporters)作为一种新的糖转运蛋白,具有蔗糖和单糖外排的功能,这可能是蔗糖从韧皮部卸载到根等库器官的关键所在。到目前为止,在菌根植物中还没有找到负责将蔗糖外排到共生界面的糖转运蛋白,而且在大豆中还没有关于菌根诱导的SWEET转运蛋白的探讨。本研究在不同磷处理条件下接种AMF,通过表达分析确定大豆中受菌根诱导表达的SWEET基因,并进行初步分子与生理功能分析,从而解析SWEET基因在植物与菌根共生过程碳分配中所发挥的作用。本研究结果如下:1.大豆接种不同丛枝菌根真菌的砂土培实验结果表明,磷处理和接菌处理对大豆生长有显著影响。与低磷相比,高磷明显的促进了植株生长。接种两种不同的丛枝菌根真菌均能促进植株生长。通过对29个候选的GmSWEETs基因进行实时定量PCR分析,发现地上部和根部分别有5个和3个GmSWEETs基因受菌根诱导上调表达。2.大豆GmSWEETs基因家族的生物信息学分析结果表明,GmSWEETs基因家族可分成四支,由菌根诱导表达反应分析筛选出的GmSWEET6和GmSWEET15两个目的基因均属于第三支。比对它们的基因结构、蛋白结构和分子量大小发现,GmSWEET6和GmSWEET15同源性非常高,两个基因的相似度高达87%。3.GmSWEET6基因启动子顺式响应元件预测结果表明,GmSWEET6的启动子顺式响应元件包括与糖代谢和合成、病原菌侵染、激素响应以及微生物共生等相关的元件。GmSWEET6基因的启动子整株转化材料,经GUS染色发现,GmSWEET6主要在低磷的叶,根和种子中表达,其次为荚,在花和茎中几乎不表达。在老叶中的整个叶片表达量均较高,功能叶中表达不均匀,局部表达量较高,在幼叶中表达量较低。4.GmSWEET6基因功能分析结果表明,接种AMF条件下,与空载相比,过表达GmSWEET6显著增加了转基因植株的株高,而显著降低了根部生物量和磷含量;相反,干涉GmSWEET6显著降低了转基因植株的株高,而显著增加了根部生物量和磷含量。过表达和干涉GmSWEET6对地上部生物量、地上部磷含量和菌根侵染率均没有显著影响。5.GmSWEET15基因功能分析结果表明,接种AMF条件下,与空载相比,过表达GmSWEET15显著增加了转基因植株的地上部和根部干重,以及根部磷含量,而显著降低了菌根侵染率。综上所述,GmSWEET6和GmSWEET15是菌根诱导增强表达的SWEET基因。它们在植物与菌根共生过程的碳分配中可能发挥着至关重要的作用,但两者可能通过对菌根侵染率影响的不同,以不同的方式参与植物与菌根共生过程的碳分配。
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