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野生大豆GsEXPA3基因的生物信息学、逆境转录及毛状根转化分析

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大豆科学 2023年第3期42卷 268-275页

作者：李翠婷王琳琳李凤兰贺付蒙王雪李丽王丽娟冯旭东北农业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学农学院黑龙江哈尔滨150030

为进一步发掘野生大豆中的优质抗逆基因以用于大豆的种质改良,本研究选取积极参与调控植物生长和非生物胁迫抗性的扩展蛋白基因为对象,在野生大豆中克隆了GsEXPA3基因并对其进行了生物信息学分析,通过qRT-PCR检测该基因在逆境胁迫下的... 详细信息

为进一步发掘野生大豆中的优质抗逆基因以用于大豆的种质改良,本研究选取积极参与调控植物生长和非生物胁迫抗性的扩展蛋白基因为对象,在野生大豆中克隆了GsEXPA3基因并对其进行了生物信息学分析,通过qRT-PCR检测该基因在逆境胁迫下的转录情况,采用大豆毛状根转化试验分析其对于根系生长的调控作用。结果显示:启动子分析表明GsEXPA3基因的转录可能参与光、脱落酸及干旱胁迫响应并与类黄酮物质合成相关。在低温和干旱胁迫下,GsEXPA3基因的转录呈显著增加趋势,分别在处理后12和9 h达到最高点,为对照组的3.27倍和2.09倍。GsEXPA3基因的过表达显著促进了转基因大豆毛状根的生长,毛状根数量、总根长和总根重,与对照组相比分别提高了56.83%、53.19%和53.35%。结果说明野生大豆扩展蛋白基因GsEXPA3对于栽培大豆的分子育种具有良好的应用价值。

关键词：野生大豆扩展蛋白 GsEXPA3 栽培大豆毛状根

野生大豆×栽培大豆RIL群体高密度遗传图谱构建及SNP偏分离分析

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大豆科学 2023年第6期42卷 641-652页

作者：刘德泉聂波涛邱红梅陈亮陈健崔正果姬文秀王跃强吉林省农业科学院大豆研究所吉林长春130033 延边大学农学院吉林延吉133002

通过研究野生大豆与栽培种大豆群体构建过程中产生的偏分离现象,发掘偏分离区间(Segregation Distortion Region, SDR)和候选基因,有助于探究偏分离在大豆中的产生机制。应用地方品种“一千粒”和野生品种“长岭野生豆”配置杂交组合,获... 详细信息

通过研究野生大豆与栽培种大豆群体构建过程中产生的偏分离现象,发掘偏分离区间(Segregation Distortion Region, SDR)和候选基因,有助于探究偏分离在大豆中的产生机制。应用地方品种“一千粒”和野生品种“长岭野生豆”配置杂交组合,获得F6代重组自交系(Recombinant Inbred Lines, RIL)株系200株,利用SLAF-seq进行测序分析,构建高密度遗传图谱,获得该群体可靠的4 564个SNP标记。偏分离分析发现,648个标记发生偏分离(P野生型,5个ESDR偏向母本栽培型。利用基因功能注释及全基因组重测序数据,结合ESDR区域,影响胚胎发育(Glyma.01G051400)及雌配子体发育(Glyma.16G072700)的基因分别被认为是ESDR1-1和ESDR16-1的候选基因。本研究结果为今后偏分离基因定位提供可靠依据,并为阐明偏分离现象奠定基础。

关键词：栽培大豆野生大豆偏分离 SNP 重组自交系

野生大豆与栽培大豆几丁质酶基因鉴定及其表达分析

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植物遗传资源学报 2024年

作者：张华李娜邢馨竹邵振启李喜焕张彩英华北作物改良与调控国家重点实验室/华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室/河北农业大学农学院

几丁质酶是以几丁质等为底物的糖基水解酶（Glycosyl hydrolases，GH），在植物生长发育及抵御逆境中发挥重要功能。然而，大豆几丁质酶基因组织表达模式及对逆境的响应尚不清楚，影响了应用。本研究分别鉴定野生与栽培大豆几丁质酶基... 详细信息

几丁质酶是以几丁质等为底物的糖基水解酶（Glycosyl hydrolases，GH），在植物生长发育及抵御逆境中发挥重要功能。然而，大豆几丁质酶基因组织表达模式及对逆境的响应尚不清楚，影响了应用。本研究分别鉴定野生与栽培大豆几丁质酶基因，并分析其表达模式。结果发现，野生与栽培大豆分别含62个和55个几丁质酶基因，位于17条和18条染色体上，进化树分析发现，117个基因分为5类，其中Class III与Class V属于GH18亚家族，Class I、Class II与Class IV属于GH19亚家族；启动子分析发现，含响应激素及逆境胁迫顺式作用元件。分析栽培大豆几丁质酶基因表达发现，在不同组织及抗病耐逆等过程差异表达，其中Glyma.01G142400和Glyma.13G346700等在接种花叶病毒的抗病品种叶片诱导表达，Glyma.03G254300和Glyma.20G164600等在低磷胁迫的磷高效品种根系诱导表达，Glyma.08G259200和Glyma.19G245400等在低磷胁迫根瘤诱导表达；分析野生大豆几丁质酶基因表达发现，在不同组织及耐盐过程差异表达，其中Glysoja.02G002604和Glysoja.02G002940等在耐盐品种盐胁迫叶片诱导表达。以上结果为挖掘利用几丁质酶基因奠定了基础。

关键词：几丁质酶野生大豆栽培大豆基因家族表达模式

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野生大豆耐草甘膦综合评价及机制研究

野生大豆耐草甘膦综合评价及机制研究

作者：石晓坤河北科技师范学院

学位级别：硕士

野生大豆是典型的高抗性植物,与栽培大豆无生殖隔离,是栽培大豆优秀的基因来源。本研究在野生大豆材料的芽期和苗期分别采用培养皿鉴定法和土培鉴定法对48份野生大豆材料的耐草甘膦能力进行了评价。通过对野生大豆材料芽期发芽势、发芽... 详细信息

野生大豆是典型的高抗性植物,与栽培大豆无生殖隔离,是栽培大豆优秀的基因来源。本研究在野生大豆材料的芽期和苗期分别采用培养皿鉴定法和土培鉴定法对48份野生大豆材料的耐草甘膦能力进行了评价。通过对野生大豆材料芽期发芽势、发芽率、胚轴长、株高和主根长等指标的测定以及野生大豆材料苗期株高、胚轴长、主根长、茎部鲜质量、单株复叶、茎部干质量、地上部鲜质量、地上部干质量等指标的测定,结合相关性分析、相对值分析、主成分分析和隶属函数分析计算得出野生大豆供试材料在土培鉴定法和培养皿鉴定法的综合得分,利用系统聚类对野生大豆供试材料的草甘膦耐性进行分级,构建了野生大豆耐草甘膦综合评价体系。继而对野生大豆耐草甘膦能力鉴定方法进行比较,确定出野生大豆材料耐草甘膦能力鉴定的最适评价时期及方法。最后通过对200份野生大豆材料基因组的10×深度重测序,发掘野生大豆基因型数据。主要结果如下:1、土培鉴定法:通过主成分分析将鉴定的性状指标分为4个主成分,累计贡献率为85.684%,草甘膦耐性综合得分范围为:0.123～﹣0.029,2012编42的草甘膦耐性综合得分最高,2005编64的草甘膦耐性综合得分最低。2、培养皿鉴定法:通过主成分分析将鉴定的性状指标分为2个主成分,累计贡献率为90.707%,耐草甘膦能力综合得分范围为0.268～0.965,2010编47的草甘膦耐性综合得分最高,2011编90的草甘膦耐性综合得分最低,当草甘膦溶液浓度达到28mmol/L时,草甘膦胁迫的野生大豆材料的发芽势和发芽率与对照(0mmol/L)相比存在的差异显著性最大。3、通过对两种鉴定方法耐草甘膦能力综合得分进行分析,筛选出耐草甘膦能力综合得分最高的为2010编47(1.086),耐草甘膦能力综合得分最低的为2011编90(0.244)。培养皿鉴定法所得出的高耐及敏感材料的排名与综合排名基本一致。4、对200份野生大豆材料的基因组共鉴定到533890个SNP位点,基于这些SNP对200份野生大豆材料亲缘关系进行的分析,得出200份野生大豆材料亲缘关系较远,具备作为自然群体进行草甘膦耐性基因定位的条件。通过全基因组关联分析对草甘膦耐性基因紧密连锁的SNP进行研究,结果在1、3、4、8、9、16、19、20号染色体上发现17个SNP标记与目标性状紧密连锁,通过与目标性状紧密连锁的SNP标记,初步鉴定了一些耐性候选基因。

关键词：野生大豆草甘膦胁迫种质筛选基因组重测序

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野生大豆响应盐碱胁迫转录组分析

分子植物育种 2023年

作者：魏嘉于志晶钱雪艳姚瑶蔡勤安王秀东卜显峰孙雅菲马瑞上海市农业科学院生态环境保护研究所吉林省农业技术推广总站吉林省梨树县万发农业站吉林省农业科学院农业生物技术研究所/吉林省农业生物技术重点实验室

土壤盐渍化是主要的非生物因素，影响作物的产量和品质。野生大豆(Glycine soja)被认为比栽培大豆(Glycine max)更能抵抗这种环境压力。为了探索大豆耐盐碱性的分子机制，利用转录组测序技术(RNA-Seq)对野生大豆在100 mmol/L Na2CO3胁... 详细信息

土壤盐渍化是主要的非生物因素，影响作物的产量和品质。野生大豆(Glycine soja)被认为比栽培大豆(Glycine max)更能抵抗这种环境压力。为了探索大豆耐盐碱性的分子机制，利用转录组测序技术(RNA-Seq)对野生大豆在100 mmol/L Na2CO3胁迫不同时间点幼苗根系进行转录组分析，结合生物信息学研究方法，共鉴定了22 122个差异表达基因(DEGs)，并使用qRT-PCR检测差异表达基因的表达模式，验证了RNA-Seq检测结果的可靠性。KEEG通路分析表明，这些DEGs在Ribosome (核糖体)、Photosynthesis (光合作用)、Plant-pathogen interaction (植物-病原体相互作用)、Oxidative phosphorylation (氧化磷酸化)等过程中显着富集，可能参与了大豆对盐碱胁迫的耐受性。

关键词：野生大豆盐碱胁迫转录组测序差异基因表达

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野生大豆盐碱耐性综合评价及生理机制研究

野生大豆盐碱耐性综合评价及生理机制研究

作者：李祥祥河北科技师范学院

学位级别：硕士

野生大豆是栽培大豆的近缘野生种,由于野生大豆常年生长在盐碱滩涂,其耐盐碱能力明显优于栽培大豆,并且两者无生殖隔离,因而野生大豆是栽培大豆优异的基因来源。本研究分别在幼苗期采用水培鉴定法和土培鉴定法,芽期采用培养皿鉴定法对2... 详细信息

野生大豆是栽培大豆的近缘野生种,由于野生大豆常年生长在盐碱滩涂,其耐盐碱能力明显优于栽培大豆,并且两者无生殖隔离,因而野生大豆是栽培大豆优异的基因来源。本研究分别在幼苗期采用水培鉴定法和土培鉴定法,芽期采用培养皿鉴定法对24份野生大豆材料的耐盐碱性进行了评价。通过测定株高、胚轴长、主根长等指标,结合主成分分析和模糊数学隶属函数法等方法计算野生大豆在三种鉴定方法中耐盐碱鉴定的综合得分,利用聚类分析对野生大豆的盐碱耐性进行分级,以期形成野生大豆耐盐碱综合评价体系。进一步对三种野生大豆耐盐碱鉴定方法进行了分析比较,以期确定野生大豆耐盐碱性鉴定的最佳方法和生育时期。最后对高耐野生大豆及敏感野生大豆材料在盐碱胁迫下的MDA、脯氨酸、可溶性糖、叶绿素、SOD、POD等生理指标进行了测定。研究结果如下:1、水培鉴定法中,主成分分析将测定指标分为4个主成分,累计贡献率为81.902%,耐盐碱综合得分范围为0.221～0.747,2011编224得分最高,2011编242得分最低;土培鉴定法中,主成分分析将测定指标分为4个主成分,累计贡献率为82.137%,耐盐碱综合得分范围为:0.212～0.752,2011编254的耐盐碱得分最高,2011编263的耐盐碱得分最低。2、培养皿鉴定法中,主成分分析将测定指标分为3个主成分,累计贡献率为94.555%,耐盐碱综合得分范围为0.236～0.919,2011编224的耐盐碱得分最高,2011编243的耐盐碱得分最低,当盐碱液浓度达到60mmol/L时,盐碱处理组的发芽率和发芽势与对照（0mmol/L）相比存在显著差异。3、综合分析三种鉴定方法的耐盐碱得分筛选出耐盐碱综合得分最高的为2011编224（2.198）,耐盐碱综合得分最低的为2011编242（0.742）。培养皿鉴定法所得的耐盐碱排名与综合排名拟合度最好,且极性材料的排名也与综合排名基本一致。4、24份野生大豆材料中:2011编224、2011编254为高耐盐碱材料,2011编242、2011编243为敏感性材料;芽期、培养皿鉴定法是野生大豆耐盐碱鉴定的最佳时期和方法,耐盐碱性鉴定的最佳盐碱液浓度为60mmol/L;盐碱胁迫初期,野生大豆体内MDA、脯氨酸、可溶性糖的含量呈不断上升趋势,叶绿素含量呈下降趋势,高抗材料的MDA含量低于敏感性材料,但脯氨酸、可溶性糖和叶绿素的含量高于敏感性材料,高抗材料体内的SOD和POD响应时间要早于敏感性材料。

关键词：野生大豆盐碱胁迫种质筛选生理响应

野生大豆盐碱胁迫相关GsTIFY11b的克隆与功能分析

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遗传 2012年第2期34卷 230-239页

作者：朱丹柏锡朱延明才华李勇纪巍陈超安琳朱毅东北农业大学生命科学学院哈尔滨150030

以耐盐碱野生大豆(Glycine soja L.G07256)为材料,采用同源克隆方法和RT-PCR技术获得一个TIFY类基因的全长cDNA(命名为GsTIFY11b)。进化树分析表明,与其他物种相比,GsTIFY11b与拟南芥的AtTIFY11a基因相似性最高,达到56%;序列分析表明GsT... 详细信息

以耐盐碱野生大豆(Glycine soja L.G07256)为材料,采用同源克隆方法和RT-PCR技术获得一个TIFY类基因的全长cDNA(命名为GsTIFY11b)。进化树分析表明,与其他物种相比,GsTIFY11b与拟南芥的AtTIFY11a基因相似性最高,达到56%;序列分析表明GsTIFY11b蛋白除具有TIFY保守结构域外,还具有一个N端保守结构域和一个C端保守的Jas结构域;实时荧光定量PCR结果显示该基因受盐和碱胁迫诱导表达;将GsTIFY11b转化拟南芥来验证其耐盐碱功能,获得两个转基因纯合体株系,盐碱胁迫分析结果表明,GsTIFY11b的超量表达没能提高拟南芥对盐碱胁迫的耐性,并且与野生型相比,转基因植株在种子萌发期和苗期表现出对盐胁迫更加敏感。盐胁迫信号通路相关marker基因在转基因拟南芥中的表达特性分析表明,GsTIFY11b可以调控RD29B、KIN1、DREB等基因的转录。在洋葱表皮细胞中瞬时表达GsTIFY11b-GFP融合蛋白的结果表明,GsTIFY11b定位于细胞核中。上述结果表明,该基因在细胞核中起着转录调节子的作用,可能是通过调控盐胁迫信号通路中关键基因的表达来改变植物对盐胁迫的耐受性。

关键词：野生大豆盐碱胁迫 GsTIFY11b

野生大豆CIPK2互作蛋白筛选及其耐盐碱功能研究

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野生大豆CIPK2互作蛋白筛选及其耐盐碱功能研究

作者：米雪哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

野生大豆(Glycine soja L.)是栽培大豆(Glycine max L.)的近缘野生种,抗逆性极强且能更好的适应外界环境,是研究植物耐盐碱分子机制和挖掘耐盐碱关键基因的理想供体。Ca感受器类钙调素B亚基蛋白(CBL蛋白)与其相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋... 详细信息

野生大豆(Glycine soja L.)是栽培大豆(Glycine max L.)的近缘野生种,抗逆性极强且能更好的适应外界环境,是研究植物耐盐碱分子机制和挖掘耐盐碱关键基因的理想供体。Ca感受器类钙调素B亚基蛋白(CBL蛋白)与其相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶CIPK形成的CBL-CIPK复合体,在植物响应非生物逆境胁迫中起重要作用,但是目前关于野生大豆Gs CIPK2基因在盐碱胁迫方面的研究较少,因此解析野生大豆Gs CIPK2在盐碱胁迫下的功能具有重要意义。本研究以G07256野生大豆株系为试材,克隆获得了Gs CIPK2基因,构建过表达载体p CAMBIA2300-Gs CIPK2,并对该基因序列进行生物信息学分析,预测其空间结构;通过参考文献、STRING数据库预测Gs CIPK2互作蛋白为Gs SOS3-1、Gs SOS3-2、Gs SOS3-3和Gs CIPK(HZ)1,并通过酵母双杂交进一步验证;在不同胁迫处理下分析野生大豆Gs CIPK2基因的表达模式;对Gs CIPK2的拟南芥过表达、突变体株系进行了不同胁迫处理,通过表型鉴定、生理指标测定及相关Marker基因表达特性分析,确定了非生物胁迫胁迫下的功能;进一步通过发根农杆菌介导的大豆毛状根转化技术,验证了Gs CIPK2基因转大豆毛状根在碱胁迫下的功能。主要研究结果如下:(1)克隆了野生大豆Gs CIPK2基因全长c DNA序列,生物信息学分析Gs CIPK2基因大小为1383 bp,编码460个氨基酸。基因上游2000 bp左右启动子区域,含有光响应元件、TATA-box核心启动子元件、参与玉米醇溶蛋白代谢调节和无氧诱导元件、启动子和增强子区域的共同顺式作用元件、赤霉素响应元件、脱落酸和Me JA响应元件等。Gs CIPK2编码的蛋白质为亲水性蛋白,并含有一个跨膜结构域,不属于分泌蛋白。蛋白质二级结构含有大量的α-螺旋和无规则卷曲,能够形成稳定的三级结构。系统进化树结果表明该蛋白属于双子叶亚族,野生大豆CIPK2蛋白与其他双子叶植物不具有共同祖先,但与栽培大豆Gm CIPK18同属一个分支,且与栽培大豆Gm CIPK2和蒺藜苜蓿Mt CIPK2的遗传距离较近。(2)通过参考文献、STRING数据库筛选出Gs CIPK2的互作蛋白,进行酵母双杂交验证,结果表明Gs CIPK2能与Gs SOS3-1、Gs SOS3-2、Gs SOS3-3和Gs CIPK(HZ)1在酵母体内发生互作。(3)利用荧光定量PCR(q RT-PCR)方法检测发现,野生大豆Gs CIPK2基因在幼茎、幼叶、幼根、老茎、老叶、花和荚中均有表达,基因在花中的表达量显著高于其他组织。通过不同胁迫处理野生大豆,并在0 h、1 h、3 h、6 h和12 h处对叶和根取材,q RT-PCR方法检测显示Gs CIPK2基因在不同非生物胁迫处理下均有响应。(4)获得Gs CIPK2的过表达株系,对Gs CIPK2的拟南芥过表达、突变体株系进行了不同胁迫处理,结果显示Gs CIPK2提高了拟南芥对非生物胁迫的抵抗能力;进一步通过发根农杆菌介导的大豆毛状根转化技术,验证Gs CIPK2基因转大豆毛状根增强了大豆对碱的耐受性。(5)测定叶绿素、MDA含量显示Gs CIPK2可以减缓非生物胁迫导致的叶片衰老,降低MDA含量,减少细胞损伤以及胁迫对植物的伤害。通过q RT-PCR方法检测相关Marker基因表达量,结果显示在非生物胁迫下Gs CIPK2过表达拟南芥中的盐碱胁迫应答基因H-ATPase、NADP-ME、KINI、RD29A、COR47、COR15A均被诱导表达,ABA信号转导通路基因ABI1、ABI2、ABI5和ABA依赖途径抗逆相关基因RAS1表达上调,ABA信号通路转录因子ABI4和ABF2表达下降,从而提高对非生物胁迫的耐受性。

关键词：野生大豆 Gs CIPK2 突变体盐碱胁迫功能研究

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野生大豆耐逆分子调控机制研究进展

植物学报 2021年第1期56卷 104-115页

作者：王研贾博为孙明哲孙晓丽黑龙江八一农垦大学作物逆境分子生物学实验室大庆163319

野生大豆(Glycine soja)起源于中国,是栽培大豆(G.max)的近缘祖先,逆境适应能力强,是研究耐逆分子机制和挖掘耐逆关键调控基因的优良材料。该文综述了野生大豆耐逆基因组、转录组和蛋白质组等组学研究进展,总结了近年来类受体蛋白激酶... 详细信息

野生大豆(Glycine soja)起源于中国,是栽培大豆(G.max)的近缘祖先,逆境适应能力强,是研究耐逆分子机制和挖掘耐逆关键调控基因的优良材料。该文综述了野生大豆耐逆基因组、转录组和蛋白质组等组学研究进展,总结了近年来类受体蛋白激酶、转录因子、离子通道和氧化还原在野生大豆耐逆应答中的调控作用及机制,为耐逆作物新品种培育提供了新思路。

关键词：逆境胁迫离子通道组学蛋白激酶氧化还原转录因子野生大豆