基于GmFT2a和AtD--CGS基因組成型表達的開花期調控與大豆蛋白品質改良.pdf

1、大豆(Glycine max(L) Merr.)是世界上轉基因作物品種使用比例最高、種植面積最大的農作物。目前全球范圍內推廣的轉基因大豆以具有除草劑抗性的轉基因大豆品種為主。如何通過轉基因技術解決常規(guī)育種中難以解決的其它重大問題，充分發(fā)揮轉基因育種優(yōu)勢是大豆生物技術育種的重要內容。本研究針對現有大豆品種光溫適應范圍狹窄和含硫氨基酸（蛋氨酸和半胱氨酸）缺乏兩大重要問題，有針對性地開展分子設計育種，探索解決大豆常規(guī)育種中生育期改良性狀導入和

2、背景純化慢以及高蛋氨酸材料遺傳資源限制的問題，開拓大豆適應性改良和蛋白品質改良的新途徑。
　　實驗分別選取了大豆開花途徑中的關鍵基因GmFT2a和植物蛋氨酸合成過程中的關鍵酶基因—γ-胱硫醚合成酶基因AtD-CGS進行遺傳轉化，通過調控大豆成花誘導與氨基酸合成兩個途徑，分別實現基于大豆花期調控的大豆廣適性育種以及對大豆蛋白品質的改良，利用所創(chuàng)制的轉基因后代材料，對大豆開花調控的機制及氨基酸代謝開展了相關研究。
　　在大豆開花

3、調控方面，通過GmFT2a的過表達使晚熟大豆品種自貢冬豆的開花期明顯提前。對相關轉基因后代的開花表型及GmFT2a表達情況分析顯示，轉基因材料的早花表型主要是由GmFT2a的表達水平決定，轉基因后代GmFT2a的表達量與開花提前天數與呈正比，明顯的劑量效應。與野生型自貢冬豆相比，開花期提前、營養(yǎng)生長期縮短的轉基因大豆植株明顯矮化，單株籽粒產量顯著降低。
　　對不同世代轉GmFT2a基因材料開花期、成熟期的比較發(fā)現，上述性狀的表型遺

4、傳存在明顯的不穩(wěn)定性?？截悢捣治鲲@示，GmFT2a高拷貝數材料的開花期晚于單拷貝材料。序列分析表明，在轉基因片段結構的外源啟動子區(qū)存在一個長度為129 bp的CpG島，推測啟動子區(qū)甲基化程度不同導致轉基因后代開花期出現差異。對不同發(fā)育時期基因表達水平的分析結果顯示，轉基因材料和野生型材料一樣，GmFT2a的表達在植株發(fā)育開花前處于較低水平，而在后期逐步上調，可能原因是GmFT2a的表達在植株發(fā)育前期受轉錄后表達抑制作用的影響。
　

5、　在大豆氨基酸合成代謝方面，重點分析了大豆γ-胱硫醚合成酶基因和蛋白的結構進化關系，該基因的保守性暗示其在表達水平對反饋抑制具有敏感性。實驗證明，大豆蛋氨酸合成過程中存在反饋抑制效應。在外施蛋氨酸的條件下，大豆內源的GmCGS活性顯著降低，限制了蛋氨酸的持續(xù)合成能力。該結論為通過表達量反饋抑制不敏感型AtD-CGS來提升蛋氨酸含量提供了理論支持。
　　在組成型表達的轉基因大豆中，AtD-CGS基因可在大豆葉片和籽粒中穩(wěn)定表達。然而

6、，在部分轉基因材料中，出現了植株矮化現象，推測由AtD-CGS基因的過量表達所致。對轉基因材料蛋氨酸含量的檢測顯示，與野生型相比，轉基因大豆葉片中游離蛋氨酸含量顯著提高，但總蛋氨酸含量與野生型基本一致;轉基因大豆籽粒中總蛋氨酸含量顯著提高，而游離蛋氨酸含量的變化因品種而異:在自貢冬豆后代中顯著提高，而吉林小粒1號未見顯著差異。蛋氨酸積累量的增大導致大豆籽粒蛋白含量的提升。在籽粒蛋白含量顯著提升的部分株系中，脂肪含量顯著下降，說明游離蛋氨

7、酸含量的提高可以促進大豆蛋白的合成或積累。通過與實驗室前期種子特異性表達的轉基因大豆材料以及通過轉化富含蛋氨酸的儲藏蛋白轉基因大豆實例相比較，發(fā)現組成型表達的轉基因大豆材料可以在更大幅度上提高籽?？偟鞍彼岷浚⑼教嵘蠖沟淖蚜Σ氐鞍缀?。說明游離蛋氨酸含量不足是限制大豆總蛋氨酸積累的瓶頸，而蛋氨酸含量缺乏又是大豆蛋白質積累的限制因素。提高游離蛋氨酸合成能力，是獲得高蛋氨酸乃至高蛋白大豆的有效途徑。
　　本研究通過基因工程手段