论文部分内容阅读
AP2基因家族(AP2/EREBP family)是含有一个或两个保守的AP2结构域的一大类转录因子家族。该家族成员能够参与调控植物花的形成和发育、种子的大小、种子的重量、种子中脂肪酸的合成和抗逆等。在大豆中,种子的产量主要由种子的大小和种子的重量决定。但是在大豆中,对AP2基因家族的研究还很少。因此,研究AP2基因在大豆种子发育中的作用,有利于阐明大豆种子发育的机制,从而有利于提高大豆种子的产量。 为了筛选出关键的大豆AP2转录因子,本研究通过分析大豆转录组数据库的信息,构建了大豆AP2转录因子家族的系统发育树。大豆AP2转录因子家族共380个成员,根据其所含AP2结构域的数目以及是否含有其它结构域,将大豆AP2转录因子家族分为RAV、AP2和EREBP三个亚家族。其中,EREBP亚家族含323个成员;RAV亚家族含8个成员;AP2亚家族含49个成员。而拟南芥的AP2亚家族含19个成员;EREBP亚家族含122个成员;RAV亚家族含5个成员。AP2和EREBP亚家族基因大豆是拟南芥数目的2.6倍,数目相差较大;而RAV亚家族基因数目大豆是拟南芥的1.3倍,数目比较接近,说明RAV亚家族可能发生了不同于AP2和EREBP亚家族的进化途径。虽然大豆AP2转录因子家族成员总数多于拟南芥的两倍,但在三个亚家族EREBP、AP2、RAV中的分布类似。GmNNCl、GmAP2-1、GmAP2-2、GmAP2-3、GmAP2-4与AtAP2在系统发育树中位置很近,其相似性主要集中在AP2结构域部分,从系统发育树中选择5个与AtAP2同源性最高的基因(GmNNCl、GmAP2-1、GmAP2-2、GmAP2-3和GmAP2-4)作为候选基因。它们都位于AP2亚家族,与AtAP2同源性整体上超过60%,AP2结构域部分超过90%。另外,根据大豆转录组数据库选择了在种子中表达量最高的3个基因(GmAP2-5、GmAP2-6和GmAP2-7)作为本研究的候选基因,而且这3个基因也位于AP2亚家族,但与其它5个基因在进化树中距离较远。 为了研究这些基因的功能,本研究检测了它们在不同组织的表达水平,发现了两个在种子中特异性表达的基因即GmAP2-5和GmAP2-7,而且随着种子的发育,GmAP2-5在种子发育后期中表达量很高,GmAP2-7则在种子发育前期表达量较高,说明GmAP2-5可能与种子发育后期脂肪酸或蛋白质等营养物质的积累有关,而GmAP-7可能与种子发育早期胚乳的生长有关。为了进一步验证GmAP2基因的功能,对这8个基因进行了大豆和拟南芥的转化。本研究对大豆转基因体系仅进行了初步的探索。过量表达GmAP2-2、GmAP2-3、GmAP2-6和GmAP2-7基因的拟南芥纯合体每个果荚中的种子数目显著减少,且过量表达GmAP2-2和GmAP2-3基因的拟南芥纯合体开花提前,种子的长、宽和截面积减小;而过量表达GmAP2-6和GmAP-7基因的拟南芥纯合体种子的长没有明显差异、宽和截面积减小,表明大豆AP2基因可能与拟南芥AtAP2相似,不仅能够影响拟南芥种子的数目,也能影响种子的大小。