草甘膦诱导大豆高表达基因及启动子的克隆与功能研究

抗草甘膦转基因作物的研究是近二十年来的热点问题，但大多数抗草甘膦基因多为EPSPS基因，针对普通品种大豆及抗草甘膦大豆在草甘膦施用初期均出现幼嫩组织变黄的现象，本研究利用分子生物技术检测大豆生长点中草甘膦处理不同时间的数字基因表达谱，筛选草甘膦诱导高表达基因，将对其进行时空表达分析，并克隆该基因；利用过表达和RNAi干涉等技术研究候选基因在大豆和拟南芥中的的表达特性及除草剂耐性程度；将该基因上游启动子不同长度缺失体构建至含报告基因的植物表达载体中，研究其在不同组织和不同胁迫条件下的表达特性，确定起调控作用的关键元件。本研究以期解决幼嫩组织对草甘膦高度敏感的问题，获得大豆幼嫩组织中有别于EPSPS的抗草甘膦候选基因，为抗草甘膦候选基因的研究提供基因资源，避免外源基因转化过程中的安全性问题，并获得应用至作物抗除草剂基因表达调控及转基因工程的启动子，为转基因抗除草剂作物新品种培育奠定基础。

针对多数普通品种大豆及转基因大豆在草甘膦施用初期出现幼嫩组织变黄的现象，本研究开展了草甘膦诱导后的差异基因表达谱研究，鉴定出草甘膦诱导高表达差异基因24个。利用生物信息学分析了这些基因的蛋白质一级结构和二级结构、蛋白质结构域组成及亚细胞定位。通过这些基因的启动子元件分析，鉴定出2个基因的启动子含有多个与耐逆和组织特异性相关的元件，可作为候选启动子进行深入研究。将这些基因的数字基因表达谱与实时荧光定量PCR检测进行比较发现，多数基因的表达模式基本一致；对表达模式一致的耐逆家族候选基因进行时空表达分析，鉴定出4个基因可作为候选基因进行后续研究。通过1年小额资助，完成了预期研究任务。. 本研究对筛选出的1个优异候选基因GmPP，通过表达分析发现该基因在大豆中参与光信号传导，在拟南芥中的同源基因仅进行了生物信息学分析，关于GmPP基因在逆境胁迫尤其是草甘膦胁迫中的生物学功能尚不清楚。目前GmPP基因已转化模式植物拟南芥，纯合株系初步表型鉴定结果表明GmPP基因能够提高转基因拟南芥的耐盐性、降低脱落酸的敏感性。GmPP基因启动子不同缺失体片段已转化模式植物拟南芥，获得了含GUS报告基因的不同缺失体片段启动子的转基因拟南芥。这些研究结果为该基因的深入功能研究奠定了基础。