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1、結(jié)瘤素基因(Nodulin Gene)是一類(lèi)參與豆科植物共生固氮作用的植物基因,這些基因的表達(dá)產(chǎn)物只存在于根瘤菌感染產(chǎn)生的根毛、侵入線和根瘤細(xì)胞中。它們對(duì)于根瘤的形成與維持、固氮活性的保護(hù)以及固氮產(chǎn)物的代謝等都有重要作用。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)關(guān)鍵的結(jié)瘤素基因在根瘤發(fā)育早期表達(dá),參與“根瘤菌——根毛”相互作用及根瘤形態(tài)發(fā)生過(guò)程,對(duì)植物與根瘤菌之間的信息傳遞、根瘤菌的侵染及根瘤的形成有著重要作用。但是,它們的工作機(jī)理仍有待進(jìn)一步闡明。這些關(guān)鍵
2、結(jié)瘤素基因在轉(zhuǎn)化到非豆科植物中后,是否能發(fā)揮相應(yīng)的功能,也需要進(jìn)一步的探索。
通過(guò)對(duì)豆科植物突變體的研究,揭示了共生固氮體系的信號(hào)通路機(jī)制,明確了許多共生固氮相關(guān)蛋白或基因的功能。DMI1基因編碼一個(gè)位于細(xì)胞核膜離子門(mén)通道蛋白;DMI2編碼一個(gè)富含亮氨酸重復(fù)結(jié)構(gòu)域的類(lèi)受體激酶(LRR-RLK);DMI3編碼一種依賴鈣調(diào)蛋白的蛋白激酶CCaMK;NSP1、NSP2基因編碼結(jié)瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路因子(Nodulation signa
3、ling pathway)NSP1和NSP2,后者是早期根瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,受結(jié)瘤因子(NF)誘導(dǎo)引起信號(hào)通路下游的應(yīng)答反應(yīng),包括Ca2+濃度的變化。ERN1、ERN2和ERN3屬于同一家族基因,其轉(zhuǎn)錄翻譯的產(chǎn)物ERN1、ERN2和ERN3都作用于ENOD11的啟動(dòng)子,作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子參與到信號(hào)通路中;EFD(ERF requiredfor nodule differentiation)是連接根瘤形成早期和晚期階段的一個(gè)關(guān)鍵調(diào)
4、控轉(zhuǎn)錄因子,它能夠抑制細(xì)胞分裂素的初級(jí)受體基因MtRR4,阻遏根瘤形成,與此同時(shí),它還促進(jìn)已起始根瘤的分生組織細(xì)胞的分化;MtLYK3和LjNFR5等基因轉(zhuǎn)錄翻譯后產(chǎn)生的蛋白質(zhì)作為結(jié)瘤因子受體,與結(jié)瘤因子結(jié)合后控制侵入線的形成和根毛卷曲。
國(guó)內(nèi)外在生物固氮方面的研究較為廣泛,很多學(xué)者將固氮相關(guān)的基因轉(zhuǎn)入非豆科或豆科植物,以探討單個(gè)基因的功能和對(duì)生物固氮功能的影響。但如果要將豆科植物的共生固氮機(jī)制移植到非豆科植物,就需要將豆
5、科植物共生固氮機(jī)制中必須的基因全部導(dǎo)入進(jìn)非豆科植物。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)豆科植物與根瘤菌識(shí)別和形成侵入線過(guò)程中的早期信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制,從苜?;蚪M中克隆7個(gè)參與共生固氮早期信號(hào)傳導(dǎo)途徑的調(diào)控基因,并構(gòu)成多價(jià)基因表達(dá)載體,以期今后導(dǎo)入非豆科植物后探討早期信號(hào)傳導(dǎo)途徑移植的可能性。
主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
1、采用高保真的PrimStar HS DNA聚合酶或TaKaRa LA Taq DNA聚合酶進(jìn)行PCR擴(kuò)增,從苜?;蚪MDN
6、A中克隆MtNSP1(3617 bp)、MtNSP2(3381 bp)、MtDM113(5903 bp)、MtENOD40(4119 bp)、MtERN1(3951 bp)、MtERN2(3123 bp)和.MtERN3(2561 bp)等基因,測(cè)序后分析證實(shí)與GenBank公布的序列相一致。
2、以pCAMBIA1302載體為基礎(chǔ),經(jīng)限制性內(nèi)切酶酶切、片段連接及轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài),將苜蓿結(jié)瘤素基因MtDM13、MtERN
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