大豆光受体TLP基因参与光信号转导途径的机理研究

本研究利用RACE PCR和基因组染色体步移技术克隆出大豆光信号转导途径中光受体基因TLP及其光敏感型启动子，通过实时荧光定量PCR和Western杂交分别从转录和翻译水平，分析该光受体基因在不同光质、光强、光周期和激素处理等条件下基因转录物和蛋白质丰度的变化，并利用GUS组织化学染色和GUS荧光值测定研究该光受体启动子在上述相同条件下，顺式作用元件的功能及启动表达情况，全面揭示光受体基因在大豆不同发育时期和不同器官内的时空表达规律及调节机制。创新性在于在大豆和其它植物中进行该基因的过量表达和RNAi基因沉默，探讨光周期通过光受体接受光信号后调控大豆开花的分子机理和光受体介导的光形态建成相关的分子机制，系统深入地揭示该基因的生理活动调节功能及其作用模式。通过改造或控制该光受体基因的表达，降低光敏感性，提高大豆品种的适应性，解决种植区域狭窄的难题，从而大幅度提高大豆单产水平。

本研究基于不同植物间光信号转导途径组分间具有很大的保守性和物种间存在的光周期反应相似的潜在机制，根据实验室前期构建的大豆暗诱导文库中可能的蓝光受体基因EST片段设计进行，通过RACE技术克隆出大豆的蓝光受体基因GmPLP1，从而探索大豆蓝光受体基因参与植物生长发育调控的复杂机制。进行该蓝光受体基因的功能验证，分析该基因在植物生长发育过程中可能的功能，同时通过研究不同光照处理和施加外源激素对该光受体基因表达的影响，分析了光受体基因在不同组织中的空间表达情况。此外还研究该启动子的启动规律分析，揭示光受体和传递光信号的内在原理。通过改良的下胚轴法转化大豆，创造了GmPLP1过量和干涉表达的大豆植株，获得了光周期敏感性降低、产量提高、光适性强的大豆新种质，为大豆高产稳产提供新的突破口，扭转我国大豆产量低的被动局面。.从大豆中分离出了一个大豆蓝光受体蛋白候选基因，命名为GmPLP1。GmPLP1定位于细胞核中，全长基因组序列3980bp，编码390个氨基酸，GenBank登陆号为EF544119。GmPLP1包含一个PAS和一个LOV结构域，与拟南芥PLP、蓖麻TLP1、葡萄推测蛋白、毛果杨推测蛋白以及水稻的未知蛋白同源性分别为58%、54%、61%、61%和50%。. Real-time RT-PCR分析了其表达规律及在GA3、6-BA和BR等处理下的表达。 原核表达结果表明GST-GmPLP1融合蛋白可以吸收328nm的光谱，此光谱为蓝光受体吸收光谱320-520nm内的光。GmPLP1启动子为一幼苗和种子时期特异性启动子，随着幼苗生长启动活性降低，在种子成熟过程中又仅在种子中增强，并且在低温和短日照以及ET、Me-JA和ABA处理等条件下启动活性加强。转GmPLP1基因的烟草植株，植株矮小，叶片变小，叶片呈深绿色，节间距缩短，节数变化不大，开花时间延长，并且出现分枝，叶绿素含量增加，光合速率加强，对逆境的抵抗能力降低，叶片细胞变小，除了ZR外其他内源激素均有所上升，其中数 ABA含量上升最多。GmPLP1过量表达大豆植株高大，节间距伸长，叶面积增大，分枝数增加，开花期和成熟期均提前；GmPLP1干涉表达的大豆植株矮小，叶片深绿色，叶面积减小，植株晚花晚熟。转基因大豆经分子鉴定后，得到了3个株系GmPLP1过量表达和2个株系干涉表达的大豆植株，现已至T4代。