控制大豆種子大小基因的分離和功能分析

《控制大豆種子大小基因的分離和功能分析》是依託山東師範大學，由馮獻忠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：控制大豆種子大小基因的分離和功能分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮獻忠
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

種子的大小是影響作物產量的主要因素之一。由於大豆基因組複雜，控制其種子大小基因的分離工作進展緩慢，開展此方面的研究工作將為進一步認識大豆種子發育和形成的機制提供依據。本項目將從已經篩選到的影響大豆種子大小的突變體中克隆控制種子大小的新基因SMS1；明確大豆中GmKLU基因家族的不同成員和已在模式植物中證實的控制種子大小關鍵途徑相關基因在控制大豆種子大小中的作用；確定調控大豆種子大小的遺傳發育途徑。上述研究將為大豆種子大小的改良奠定分子理論基礎，具有較好的套用潛力。

結題摘要

作物的種子大小與作物的產量及品質密切相關，研究種子大小形成的分子機制對於掌握種子遺傳發育機制具有重要的意義。本研究通過分析大豆中CYP78A基因家族不同成員在大豆種子發育中作用，揭示了GmCYP78A72在控制種子大小中的作用機制；同時，克隆了控制種子大小的新基因SP1，首次證明莢皮和莢粒的協調發育在大豆種子大小調控中的作用，為大豆的分子設計研究提供了基因資源和理論指導。 CYP78A基因家族在植物器官發育中起著重要的調控作用。通過分析CYP78A基因家族成員的進化關係和基因表達模式，確定了大豆的GmCYP78A72 (Gm19g42940)為控制種子大小的KLU基因的同源基因。GmCYP78A72過度表達不僅可以使大豆的種子大小增加，而且其在擬南芥中異源表達可以產生增大的萼片、花瓣、種子和心皮，因此該基因是一個理想的可用於增加植物種子大小的候選基因。通過反義轉基因技術沉默GmCYP78A72的表達不能使大豆的籽粒變小，但同時沉默GmCYP78A57，GmCYP78A70 和GmCYP78A72 三個基因可以使大豆的籽粒變小，說明這些基因的功能具有冗餘性。相關研究工作已在Plant Molecular Biology雜誌上發表。 sp1( small pod1)突變體為種子變小的大豆單基因顯性突變體，又名sms1(samll seed1)。通過將突變體與野生型之間進行互交分析證實，sp1較小的種子是由於母體的莢皮較小阻礙種子的正常生長。通過圖位克隆，最終將sp1突變體的突變位點定位到大豆2號染色體29Kb的區間範圍內，對該區域進行基因組測序，確定了sp1突變體的突變體位點所在的基因。SP1基因屬於Aux/IAA基因家族，SP1基因特異的在種皮中表達而不在種子中表達。在sp1突變體中，SP1基因發生了單個鹼基的替換而影響了胺基酸的編碼，從而影響了蛋白質結構的穩定性，導致了Aux/IAA蛋白不能夠正常的降解，持續地與ARF結合，從而影響了生長相關基因的表達，使得sp1突變體的豆莢不能正常的增大，限制了籽粒的生長，獲得較小的種子。該項工作首次揭示了大豆莢皮與種子協同發育的機制，相關研究工作已投稿。