大豆受體激酶介導的避蔭反應調控研究

《大豆受體激酶介導的避蔭反應調控研究》是杜俊波為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大豆受體激酶介導的避蔭反應調控研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：杜俊波
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

大豆帶狀間套作能大幅度提高土地產出率，是保障國內大豆供給的重要出路。但在帶狀套種下，高位作物會形成蔭蔽，嚴重影響大豆苗期的生長發育。研究表明，受體激酶ERECTA（ER）對植物避蔭反應調控至關重要，但相關研究還處於起步階段，分子機理尚不清楚。本申請以玉米-大豆帶狀套作體系為主要研究對象，以ER在大豆中的同源蛋白GmER為切入點，綜合運用生理學、遺傳學、分子生物學和生物化學的方法，研究蔭蔽脅迫對大豆GmER的時空表達調控，以及GmER在避蔭反應中的功能；同時，運用磷酸化組學的方法找到感知或回響蔭蔽脅迫的受體激酶複合物新成員，並初步揭示它們介導的避蔭反應早期信號轉導機制，為進一步深入研究受體激酶調控的避蔭反應分子機理奠定基礎，也為大豆帶狀套作模式的發展提供理論依據。

結題摘要

玉米-大豆帶狀套作模式平衡了土地高產出和農業的可持續發展。然而，在該模式下，大豆幼苗長期受到玉米的遮蔭，影響了大豆幼苗的最優生長，阻礙了大豆產量的進一步提升。植物受體激酶往往以蛋白複合物的形式調控植物的生長發育和環境適應的各個方面。前人僅有有限的報導表明擬南芥受體激酶AtERECTA (AtER)參與調控避蔭反應，然而其分子機理還不清楚。本研究比較研究了大豆和擬南芥ER的表達模式及其調控避蔭反應的生理及分子機制。結果顯示，4個大豆GmERs具有組織表達差異性，其中GmERa在下胚軸中受蔭蔽誘導的表達模式與擬南芥ER表達模式最為類似。在此基礎上，我們發現了一個截短的全新GmER剪下子GmERa.2參與調控植物的避蔭反應。進一步研究發現ER調控的避蔭反應受到生長素和赤黴素的協共同作用。為進一步尋找大豆幼苗避蔭反應調控的新成員並深入研究大豆避蔭反應的分子機理，我們採用轉錄組分析尋找到了多個調控大豆下胚軸避蔭反應的關鍵基因，並結合外源添加植物激素方法解析了植物激素互作調控大豆下胚軸避蔭反應的分子生理機制；運用差異蛋白組學找到了多個細胞壁糖代謝關鍵蛋白，從蛋白組水平初步解析了大豆幼苗莖尖回響蔭蔽脅迫的分子機制。同時，定量磷酸化組學分析結果篩選到包括7個受體激酶在內其磷酸化受到蔭蔽調控的蛋白。我們將這些未知功能的受體激酶命名為SHIRKs（SHade-Insensitive Receptor-Like Kinases）。我們已發現擬南芥shirk1等缺失突變體對蔭蔽不敏感，生理實驗證明這些受體激酶調控的避蔭反應可能主要通過調控生長素的內穩態和運輸進行。目前我們已克隆到大豆SHIRK1，正在大豆中進行超表達並用RNAi和CRISPR/Cas9方法分別構建大豆SHIRK1及其同源基因的基因沉默或缺失突變體，結合生理生化等手段研究SHIRK1調控大豆避蔭反應的分子機理。項目資助發表SCI論文6篇，國核心心期刊論文1篇，正在投稿SCI論文3篇。培養已畢業碩士研究生2名，5名在讀碩士研究生。