大豆开花调控基因HUA2的克隆和功能分析
【摘要】： 开花期和成熟期是决定大豆产量、品质和地域适应性的重要农艺性状。大豆产区分布在北纬53°到南纬40°之间的广大区域。这种对生长区域的广泛适应性取决于其在开花期和成熟期方面丰富的遗传多样性。因此,挖掘调控大豆开花期主效基因,对于阐明大豆开花调控机理,改良大豆品种适应性具有重要意义。本研究中,为了解析大豆中HUA2的功能,针对HUA2的同源基因GmHUA2,进行基因功能验证,具体内容如下:1.基于Blast工具,在大豆全基因组中共鉴定出6个大豆HUA2基因。通过系统进化分析和基因结构分析,6个大豆HUA2基因被分为3个亚族,且每个亚族中各包含两个大豆HUA2基因。大豆HUA2基因被发现共存在7组串联重复基因,表明大豆HUA2成员之间存在进化关系。对大豆HUA2基因启动子区2 Kb的序列进行分析,结果显示启动子区有大量的光响应调控元件,说明大豆HUA2家族基因可能对大豆光周期调控具有重要作用。我们筛选到与HUA2具有相同保守结构域且同源性最强的基因(Glyma.12G026600.1)作为候选基因,命名为GmHUA2,进行功能验证。2.在拟南芥中异源过表达GmHUA2可以在短日条件下抑制拟南芥开花。对下游基因进行表达量分析发现,过表达GmHUA2的拟南芥植株中FLC的表达量显著升高,FT的表达量显著降低,从而导致拟南芥晚花。上述结果表明,GmHUA2参与拟南芥的光周期反应,并抑制拟南芥开花。3.通过检测了GmHUA2在短日和长日条件下的表达模式,发现GmHUA2在单叶中表达量最高,在大豆品种黑河27中,光照8 h后,GmHUA2表达量达到峰值;在大豆品种自贡冬豆中,GmHUA2光照12 h后表达量达到峰值。说明GmHUA2在不同品种、不同组织中差异表达,且不同光周期条件也会影响其表达。4.在大豆品种Jack中过表达GmHUA2,发现转化株系在严格长日条件下开花期较野生型显著提前,而在严格短日条件下开花期与野生型差异不大。5.通过CRISPR/Cas9技术,创制了GmHUA2敲除系新种质,获得两种纯合突变体,分别为T插入和G缺失。长日条件下,两个Gmhua2突变体株系分别显著晚花。6.分析207份中国大豆代表品种的GmHUA2等位基因自然变异发现,在高纬度地区,GmHUA2~(H1)比GmHUA2~(H2)极显著早花。基因型为GmHUA2~(H1)的品种,82.73%都能在黑河开花,全部都能在长春开花,这表明GmHUA2~(H1)基因型可能有助于高纬度地区的开花。在180份源自中国的大豆栽培种中,GmHUA2~(H1)的分布随纬度的升高逐渐增多,而GmHUA2~(H2)多分布于南方地区和黄淮海地区。这表明GmHUA2等位基因的变异可能与中国大豆的人工遗传改良相关联,并且对大豆适应高纬长日条件起到重要作用。综上所述,本研究同源克隆的GmHUA2基因,在长日条件下促进大豆开花,其等位基因的自然有利于大豆适应高纬度长日地区。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2023
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