异源表达AtARA6转基因大豆的获得及耐盐性分析

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maigao
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大豆起源于中国,是重要的粮食作物和油料作物,为人类提供优质的植物油脂和蛋白质。盐胁迫是导致大豆产量下降的重要非生物胁迫,严重影响了盐渍化种植区大豆的产量和品质。目前,可耕地盐渍化已成为全球性的问题,在农业生产中严重威胁大豆产量。挖掘耐盐基因,培育耐盐大豆种质资源是解决盐害的有效措施。本研究利用EHA101农杆菌株介导的子叶节法将带有AtARA6基因的表达载体导入沈农9号受体材料中,获得耐盐转基因大豆。通过转基因大豆后代分子鉴定、耐盐和耐盐碱性鉴定、转录组分析和盐胁迫下生理指标测定获得耐盐转基因大豆新材料,同时对异源表达AtARA6大豆耐盐的分子机制进行初步解析,得到如下研究结果:1.利用EHA101农杆菌株介导的子叶节法,将拟南芥AtARA6基因转化到栽培大豆沈农9号中,经过对AtARA6基因和Bar基因的PCR检测,共获得6个独立的T0代阳性植株(Line1~6)。T1~T3代转基因大豆分子检测表明AtARA6基因和Bar基因能在Line1、Line2和Line3后代中稳定遗传。qRT-PCR结果表明转基因大豆受盐胁迫后AtARA6基因显著上调表达。利用Western Blot在转基因植株的叶片中能检测到AtARA6和Bar蛋白。2.对T3代转基因植株Line1-3进行萌发期和出苗期耐盐性鉴定。以水处理作为对照,100、200m M NaCl溶液处理3个转基因株系和受体沈农9号种子,水处理的3个转基因株系和沈农9号间根系长度无明显差异,而盐胁迫下3个转基因株系根系长度都显著长于沈农9号。3个转基因株系和受体沈农9号的真叶展开幼苗在200m M的NaCl溶液培养3周后,沈农9号出现严重盐害表型,整株干枯凋零,3个转基因株系植株则仅表现真叶脱落,植株正常生长。3.对耐盐性较好的T3代转基因株系Line1-3进行耐盐碱评估,将Line1-3大豆播种在盐碱土盆栽中评估萌发期耐盐碱性,并在田间盐碱池环境播种Line1-3评估转基因大豆全生育期耐盐碱性。结果表明,转基因株系Line1和Line2耐盐碱性为耐,转基因株系Line3耐盐碱性为较耐,受体沈农9号中耐,转基因大豆萌发期耐盐碱性明显提高;田间盐碱池耐盐碱评估结果显示,苗期转基因大豆长势优于受体沈农9号,植株茁壮且株高相对较高。收获期统计转基因株系Line1-3农艺性状,发现与沈农9号相比,转基因大豆Line1-3在节数、荚数、单株粒数上显著多于沈农9号,籽粒饱满,茎秆粗壮且根系发达。而沈农9号茎秆柔弱,含有较多瘪粒,须根较少。综合转基因株系Line1,Line2和Line3的耐盐性评价和抗盐碱评估,Line2综合表型相对较好,选择该株系盐处理后的叶片作为取样材料进行转录组测序研究。4.转录组测序结果分析:通过qRT-PCR检测AtARA6的表达量发现,AtARA6在盐胁迫5d表达量最高,选择200m M NaCl处理5d的转基因阳性系Line2和沈农9号进行转录组测序。经过对不同处理下的Line2和沈农9号综合分析,共得到935个DEGs。GO富集分析结果显示,935个DEGs显著富集于转录因子活性和肌醇合成与代谢途径。从中筛选出与活性氧调节和脯氨酸调节相关的候选基因如GmMYC2、GmWRKY6、肌醇单加氧酶基因等。通过测定盐处理下T3代转基因大豆Line2的生理指标对候选基因进行功能验证,发现盐处理下Line2和沈农9号的SOD、POD和CAT活性均升高,而Line2的升高幅度远远高于沈农9号。测定不同处理下Line2和沈农9号的脯氨酸(PRO)、叶绿素、丙二醛(MDA)含量,发现盐胁迫下转基因植株Line2和沈农9号PRO含量均上升,而Line2上升幅度明显高于沈农9号。盐处理下沈农9号叶绿素含量显著降低,Line2仅有小幅度下降。Line2和沈农9号的MDA含量在盐处理下明显升高,沈农9号的上升幅度高于Line2。对差异表达基因进行KEGG富集分析,发现935个DEGs在角质、蜡质生物合成和物质合成代谢途径显著富集,说明盐胁迫下转基因大豆物质合成代谢水平较高,角质、蜡质等表面物质的合成更丰富。
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