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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 兩型豆光敏色素PhyB基因的克隆與生物信息學(xué)分析
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 本團(tuán)隊(duì)由隊(duì)員范勝亮、李麗婷、董茜組成，佘躍輝老師做指導(dǎo)，從2009年12月份開始，在發(fā)現(xiàn)了兩型豆優(yōu)良耐蔭特性的基礎(chǔ)上，分析了其形態(tài)特征，并從其嫩葉中克隆了PhyB基因，進(jìn)行了相關(guān)生物信息學(xué)分析，然后構(gòu)建了RNAi載體。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前，西南地區(qū)種植的大豆耐蔭品種少，且一個品種使用多年，優(yōu)良性狀退化，大都不適合麥-玉-豆這種套種模式。所以這種套種新模式的實(shí)現(xiàn)，就急需一系列大豆耐蔭新品種出現(xiàn)。 兩型豆作為一種一年生豆科珍惜草本植物具有地上結(jié)莢、地下結(jié)豆，莖兩型、花兩型、種兩型的特異性，在原生地高抗病蟲害、再生能力強(qiáng)，有很強(qiáng)的耐蔭性和抗逆性及生命力。從分布環(huán)境和生長情況看來，兩型豆生長分布在山洼、背陰、土壤濕度大的次生林下，與喬木、雜草伴生，喜陰濕、涼爽的環(huán)境條件。凡在低洼、潮濕、通風(fēng)、背陰處的野生兩型豆都生長良好；在干燥和強(qiáng)光照射下或遮陰率不高地方的，則生長不良。由此可以看出，野生兩型豆中存在復(fù)雜的光調(diào)控反應(yīng)，以此來適應(yīng)蔭蔽的環(huán)境。而這種光調(diào)控反應(yīng)主要是由光敏色素蛋白控制的。這就說明野生兩型豆中存在大量表達(dá)的光敏色素蛋白及控制其生成并表達(dá)的光敏色素基因。 將主要控制避蔭性的光敏色素PhyB基因克隆，并轉(zhuǎn)移至大豆中過量表達(dá)，培育出系列耐蔭新品種。本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于克隆光敏色素PhyB基因并構(gòu)建該基因的表達(dá)載體，將兩型豆的抗病性、耐蔭性等優(yōu)異特性轉(zhuǎn)移到栽培大豆中，為培育適應(yīng)四川省大豆栽培模式的套種大豆新品種提供理論依據(jù)。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 未解決西南地區(qū)麥-玉-豆套作模式中，大豆由于光照不足，產(chǎn)生避蔭性反應(yīng)，單產(chǎn)較低的背景，從野生兩型豆中克隆光明色素PhyB基因，并轉(zhuǎn)入大豆中，以期能提高光效率，提高大豆單產(chǎn)，增加農(nóng)民收入。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 為適應(yīng)麥-玉-豆套種新模式，克隆野生兩型豆PHYB基因并且轉(zhuǎn)化到大豆里面，獲取大豆新耐蔭性種質(zhì)資源，在全國范圍內(nèi)是首次嘗試。對以后大豆新品種的選育提出了新的方法和思路，起到了創(chuàng)造性的作用。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 將主要控制避蔭性的光敏色素PhyB基因克隆，并轉(zhuǎn)移至大豆中過量表達(dá)，培育出系列耐蔭新品種。本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于克隆光敏色素PhyB基因并構(gòu)建該基因的表達(dá)載體，將兩型豆的抗病性、耐蔭性等優(yōu)異特性轉(zhuǎn)移到栽培大豆中，為培育適應(yīng)四川省大豆栽培模式的套種大豆新品種提供理論依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- PhyB基因是植物光形態(tài)建成中最重要的基因序列之一。為了從分子水平上分析兩型豆PhyB基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并為揭示其表達(dá)調(diào)控機(jī)制提供一定的理論依據(jù)。利用RT-PCR技術(shù)從野生兩型豆中克隆了一個光敏色素基因PhyB，其cDNA全長3472bp，含有一個3317bp的完整開放閱讀框，編碼一條長1105個氨基酸的蛋白，分子量為123.78Kda，等電點(diǎn)為5.99。該基因編碼的蛋白質(zhì)序列與栽培大豆、紫花苜蓿和蓮花同源基因編碼的氨基酸序列一致性分別為98%、94%、87%，命名為AePhyB。
獲獎情況
- 1.基因序列注冊到GenBank，登錄號為JF412664； 2．論文《野生兩型豆PhyB基因的克隆與進(jìn)化分析》已撰寫完畢，
鑒定結(jié)果
- 該項(xiàng)目情況屬實(shí)，以解決大豆耐蔭問題為出發(fā)點(diǎn)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和前景。
參考文獻(xiàn)
- [1]中國植物志編輯委員會.中國植物志[M].北京：科學(xué)出版社,1995 [2]Neff, M.M., Fankhauser, C., and Chory, J. (2000). Light, An indicator of time and place. Genes Dev. 14, 257–271. [3]Nagatani, A., Reed, J.W., and Chory, J. (1993). Isolation and initial characterization of Arabidopsis mutants that are deficient in phytochrome A. Plant Physiol. 102, 269–277. [4]Whitelam, G.C., Johnson, E., Peng, J., Carol, P., Anderson, M.L., Cowl, J.S., and Harberd, N.P. (1993). Phytochrome A null mutants of Arabidopsis display a wild-type phenotype in white light. Plant Cell 5, 757–768.
同類課題研究水平概述
- 光敏色素的發(fā)現(xiàn)也是經(jīng)歷了前人堅持不懈的探索研究。光敏色素最初研究可以追溯到上世紀(jì)20年代短日植物中控制光周期，以及在萵苣中通過紅光(R)和遠(yuǎn)紅光(FR)逆轉(zhuǎn)種子發(fā)芽類蛋白色素的研究。特別是自Borthwick的萵苣種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)開始，光敏色素蛋白引起植物學(xué)家愈來愈高的學(xué)術(shù)興趣。光敏色素的分子種類主要由其AP決定，AP是由一個多基因家族編碼的，一般認(rèn)為被子植物中的PHY都可能由一個至少包含三個成員的基因家族來編碼。例如，擬南芥核基因組包含4-5個具有不同生理功能的PHY基因，分別稱為PHYA，PHYB，PHYC, PHYD, PHYE。其中PHYB基因在避光性反應(yīng)中起著重要的作用，在缺少PHYB的條件下，紅光照射植株則失去了再黃化的能力，但對遠(yuǎn)紅光照射則沒有影響。PHYB在低輻照度反應(yīng)(LFR)中起重要作用，并且刺激種子萌發(fā)。PHYB是避光反應(yīng)中起主要作用的光敏色素，因?yàn)樵赑HYB缺失突變體中存在光下植物發(fā)生莖的徒長、葉子變小、頂端優(yōu)勢的增大和花期提前等避光反應(yīng)的典型結(jié)構(gòu)。說明植物葉片對遠(yuǎn)紅光照射發(fā)生發(fā)應(yīng)，使PHYB接收了紅／遠(yuǎn)紅光信號。 1999年，在擬南芥的PHYB轉(zhuǎn)化馬鈴薯試驗(yàn)中，高表達(dá)的轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)為植株矮化，頂端優(yōu)勢減少，葉片數(shù)目增多并且變小增厚，在增長的柵欄細(xì)胞中葉綠體也增多且降解緩慢。轉(zhuǎn)基因植株還表現(xiàn)出單位面積光合作用的變強(qiáng)且這種改變在光抑制的情況下并不改變（即避蔭性反應(yīng)很弱）。由于生命周期的增長光合作用的變強(qiáng)最終使轉(zhuǎn)化擬南芥PHYB的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量增加。通過以上實(shí)驗(yàn)的可行性，可以大膽預(yù)測，轉(zhuǎn)化兩型豆PHYB的大豆可以適應(yīng)蔭蔽的環(huán)境，具有耐蔭性。
