GmAGL1调控大豆裂荚的分子机理研究

Pod dehenscence is an important factor causing yield loss during the havest of soybean. A MADS-box gene (GmAGL1) was cloned from soybean. Sequence alignment showed that GmAGL1 belonged to AG subfamily of C/D class in ABCDE model, suggesting the functions of GmAGL1 on stamen and carpel identities and regulation of fruit development. Gene expression analysis showed that GmAGL1 was highly expressed in reproductive organs of soybean, including flower, pod and seed. GmAGl1 was also highly expressed in pod wall. In mature flower organs, GmAGL is mainly expressed in pistils. Ectopic expression of GmAGL1 in Arabidopsis caused early pod dehiscence and the loss of petals. To clarify the regulatory mechanism of GmAGL1 in pod dehiscence in soybean, transgenic soybean plants over-expressing or RNAi knock down expressing GmAGL1 will be generated. The biological roles of GmAGL1 will be characterized by phenotypical and cytological analysis of reproductive development and pod dehiscence in transgenic plants. Microarray, ChIP-sequcencing and yeast two hybrid technologies will be employed to identify the GmAGL1 target genes and the signal network regulated by GmAGL1 in regulating pod dehiscence in soybean.

大豆炸荚是影响大豆产量的一个重要因素。通过基因芯片技术，本实验室从大豆中克隆了1个与荚皮开裂有关的MADS-box转录因子基因GmAGL1。mRNA表达分析表明GmAGL1在大豆花、荚等生殖器官中表达较高，在荚皮和雌蕊中的表达量也较高。GmAGL1在拟南芥中的异位表达导致了果荚提前开裂和无花瓣等现象。为进一步阐明GmAGL1在大豆荚皮开裂以及生殖发育过程中的作用机理，本研究拟通过大豆转基因技术获得GmAGL1基因过量表达和RNA干涉敲除的大豆转基因植株，结合表型鉴定和细胞学分析研究GmAGL1的生物学功能；利用基因芯片和染色质免疫共沉淀测序(ChIP-Seq)技术，鉴定GmAGL1的下游靶基因及其表达调控通路；通过酵母双杂交技术鉴定GmAGL1互作蛋白，并研究GmAGL1与其他调控因子的互作在大豆荚皮开裂过程中的调控机制,为大豆高产分子育种提供理论依据和新的材料。

大豆炸荚是影响大豆产量的一个重要因素。本研究前期结果表明GmAGL1与果荚提前开裂和花瓣发育有关，本研究中首先通过构建大豆荚酵母双杂交的cDNA文库，筛选获得了与GmAGL1互作的蛋白鞭毛附着区蛋白、RING/U-box 家族蛋白、MADS-box 蛋白GmSEP1和GmSEP3等12个，并研究了其中一个RING/U-box 家族蛋白GmRNF1a的功能，结果也显示其在荚的开裂中起作用；mRNA原位杂交的结果显示在花蕾初期GmAGL1在整个花原基、雄蕊和心皮原基中都表达，随着花的成熟到花蕾后期GmAGL1主要在心皮和胚珠原基中表达，到盛花期GmAGL1主要集中在胚珠中表达，到盛花期后2-8天GmAGL1主要集中在胚珠和心皮的交界处中表达。进一步我们通过农杆菌介导大豆子叶节的大豆转基因技术体系，成功获得了抗生素筛选和PCR检测确认的GmAGL1过量表达和CRISP/Cas9转基因大豆，表型鉴定结果表明转基因植株的开花时间和花器官均产生了变化，并且这些变化显示出GmAGL1的突变可能导致转基因大豆成熟裂荚时间的延长。此外通过基因芯片技术我们比较了对照品种和GmAGL1基因过量表达的转基因大豆的转录组，分析差异表达的基因，进而研究这些差异表达基因参与的信号通路。本研究已经发表该项目资助的SCI收录论文6篇，核心期刊论文2篇，申请国家发明专利1项，获得国家发明专利1项，培养博士研究生2名，硕士研究生2名。