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基本信息
- 項目名稱：
- 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：
- 本團隊由隊員范勝亮、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，有很強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的光敏色素蛋白及控制其生成并表達的光敏色素基因。 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，培育出系列耐蔭新品種。本實驗的重點在于克隆光敏色素PhyB基因并構(gòu)建該基因的表達載體，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、先進性及獨特之處
- 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，培育出系列耐蔭新品種。本實驗的重點在于克隆光敏色素PhyB基因并構(gòu)建該基因的表達載體，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，并為揭示其表達調(diào)控機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基因的克隆與進化分析》已撰寫完畢，
鑒定結(jié)果
- 該項目情況屬實，以解決大豆耐蔭問題為出發(fā)點，具有一定的現(xiàn)實意義和前景。
參考文獻
- [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)芽實驗開始，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，因為在PHYB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)。說明植物葉片對遠紅光照射發(fā)生發(fā)應(yīng)，使PHYB接收了紅／遠紅光信號。 1999年，在擬南芥的PHYB轉(zhuǎn)化馬鈴薯試驗中，高表達的轉(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。通過以上實驗的可行性，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。
