《GmNEF1調控大豆根瘤回響低磷脅迫的生理和分子機制》是依託華南農業大學，由田江擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：GmNEF1調控大豆根瘤回響低磷脅迫的生理和分子機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：田江
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以磷增氮是豆科作物傳統的高產栽培措施之一。磷直接參與調控根瘤固氮過程，但其內在的生理及分子調控機制尚未清楚。我們前期克隆了一個大豆根瘤特異、受低磷誘導表達的基因，GmNEF1。在大豆毛根中超量表達GmNEF1顯著改善了大豆氮磷營養及結瘤狀況，調控了大豆根瘤中部分磷飢餓回響基因的表達（如GmPT5等），暗示GmNEF1參與調控了根瘤對低磷脅迫的適應性。本研究擬獲得超量或抑制GmNEF1表達的、穩定遺傳的大豆整株轉基因材料，通過RNA-seq技術，對轉基因和野生型大豆根瘤基因表達譜進行比較分析；結合酵母雙雜交技術，鑑定GmNEF1的互作蛋白並進行功能分析。以期明確GmNEF1調控根瘤回響低磷脅迫的分子調控網路，加強對豆科作物以磷增氮調控機制的理解，為進行大豆氮磷協同高效遺傳改良提供理論依據和種質資源。
結題摘要
本項目以明確在大豆根瘤中對低磷脅迫回響的GmNEF1（即GmSPX5）的功能為研究主線，開展了相關的植物營養生理和分子生物學的研究，取得的主要研究成果包括：（1）分析了低磷脅迫對大豆GmNEF（即GmSPX）家族9個成員在大豆不同組織的表達模式。在此基礎上，以在根瘤受低磷脅迫加強表達的GmNEF1（即GmSPX5）為研究對象，開展了進一步的功能研究；（2）通過菸草瞬間表達體系明確了GmNEF1在細胞核和細胞質雙定位的特性；（3）通過分析GmNEF1啟動子融合GUS的大豆轉基因材料根瘤切片的GUS活性，明確了GmNEF1在根瘤皮層細胞和固氮區域高度表達的組織表達特性；（4）對超量和抑制GmNEF1表達的、穩定遺傳的大豆轉基因後代進行分析，結果發現超量表達GmNEF1顯著促進了大豆根瘤的生長及其大豆氮磷吸收量。而且，在田間試驗中，在減少氮肥使用量50%的前提下，配合接種高效根瘤菌，兩個超量表達GmNEF1轉基因株系的單株籽粒數量和乾重均比野生型增加20%以上；（5）通過RNA-seq比較了野生型和超量表達GmNEF1株系根瘤的表達譜，發現超量表達GmNEF1顯著影響了155個基因的表達。GO分析表明這些基因主要參與了根瘤的胺基酸代謝和脂代謝等代謝過程；（6）以GmNEF1-BD為誘餌，通過酵母cDNA文庫的篩選和酵母雙雜交實驗，確定了8個蛋白與GmNEF1存在互作，包括NF-Y轉錄因子、茉莉酸信號相關蛋白、LEA蛋白、碳酸酐酶、糖苷水解酶、蛋白酶抑制子、植物分泌蛋白和ACT結構域蛋白等。總之，通過以上的研究，明確了GmNEF1通過影響下游基因的表達或互作蛋白的功能，主要調控了大豆根瘤的胺基酸代謝和脂代謝等過程，加強大豆根瘤對低磷脅迫適應，達到大豆氮磷協同高效的機制。這為遺傳改良豆科作物氮磷協同高效的研究提供候選基因和遺傳材料。在項目實施期間，標註該項目發表的SCI收錄論文3篇（累積SCI影響因子14）、參編1部外文書籍，培養了4名碩士研究生畢業和2名博士後，獲得國家發明專利授權3份。
