促进结瘤并调控抗逆的黄花苜蓿AP2/EREBP家族基因的发掘和功能解析

Medicago falcate is an important herbage worldwide which have great tolerance to drought, cold and salt stress. Isolation and characterization of stress-responsive genes from the plant may facilitate the generation of stress-tolerant alfalfa cultivars using a genetic engineering approach. AP2/EREBP transcription factors are a huge gene family in plants, having a variety of functions involved in developmental, organ formation, stress response and hormonal signaling. The study search for the stress response related transcription factor genes AP2/EREBP in Medicago falcate, treated with sorbitol and NaCl by building the transcription and expression profiling from high throughput sequencing, and analyze their molecular mechanism in regulating stress-tolerance by investigating the expressing characterization and transcription activation function. The AP2/EREBP genes will be isolated by tasiRNA, hairy roots transformation and Q-PCR witch responses to Rhizobial and cold stresses. The candidate genes will be overexpressed in transgenic Medicago truncatula, and then investigate the phenotypic traits and stress resistance of transgenic plants.

黄花苜蓿是苜蓿抗性育种的重要基因库，以其为研究对象开展调控结瘤、增强抗性相关基因的挖掘和利用，对培育抗逆性强、营养丰富的牧草新品种具有重要意义。AP2/EREBP转录因子家族是广泛存在于植物中的一个超大的转录因子家族，参与植物生长发育过程，应答植物激素信号，响应生物、非生物胁迫，调控植物的防御反应。本研究以野生黄花苜蓿为研究对象，克隆得到应答干旱、高盐胁迫的黄花苜蓿AP2/EREBP转录因子家族基因；再利用tasiRNA技术、发根农杆菌介导的毛根转化体系和Q-PCR技术，鉴定上述基因对根瘤菌、寒冷等胁迫的应答，解析其应答非生物胁迫并促进结瘤的信号传递途径。在豆科模式植物截形苜蓿中超表达分离的候选基因，分析转基因植株的抗逆性和结瘤情况，进而探讨其应答逆境胁迫的机制，评估其作为候选基因在豆科牧草遗传改良中的应用前景。

黄花苜蓿是苜蓿抗性育种的重要基因库，以其为研究对象开展调控结瘤、增强抗性相关基因的挖掘和利用，对培育抗逆性强、营养丰富的牧草新品种具有重要意义。AP2/EREBP转录因子家族是广泛存在于植物中的一个超大的转录因子家族，参与植物生长发育过程，应答植物激素信号，响应生物、非生物胁迫，调控植物的防御反应。本研究分离了11条植物应答低温、干旱、高盐胁迫的AP2/EREBP转录因子家族基因，其中MfERF049、MfERF022基因可以应答中华苜蓿根瘤菌共生，基因过表达后植物结瘤能力增强。将MfERF026等6条基因分别转化紫花苜蓿品种“中苜一号”获得转基因紫花苜蓿，对转基因植株进行寒冷、干旱等非生物胁迫，观察植株抗逆表型，结果显示MfERF026、MfERF014、MfERF028负调控植物抗寒能力，MfERF086、MfERF031、MfERF070正调控植物抗寒能力；经MfERF009等2条基因分别转化截形苜蓿获得转基因植株，对转基因植株进行寒冷、干旱等非生物胁迫，观察植株抗逆表型，结果显示MfERF009负调控植物抗旱能力，MfERF072正调控植物抗寒能力；同时发现MfERF026、MfERF086参与调控植物叶片发育、影响产量，MfERF009、MfERF072参与植物种子发育，4条基因均参与植物重要生产性状的调控。本研究为豆科牧草遗传改良提供重要候选基因和培育体系。