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大豆(Glycine max(L.)Merr.)隐花色素的功能研究

张庆祝  
【摘要】: 隐花色素是一种广泛存在于植物和动物中的蓝光受体,并首先在模式植物拟南芥中发现。植物有三类隐花色素:CRY1、CRY2和CRY3。拟南芥中,CRY1主要在光形态建成过程中起作用,对开花的调节作用较弱;CRY2则主要在光周期调控的开花中起作用,对下胚轴生长的影响较不明显。除了在拟南芥中发现隐花色素外,目前已在水稻、豌豆、番茄、油菜等高等植物以及藻类、苔藓和蕨类等低等植物中发现了隐花色素,并发现被子植物隐花色素的功能与拟南芥非常相似。本研究在大豆中克隆了GmCRY1a和GmCRY2a两个隐花色素基因,并根据它们的序列信息,通过生物信息学手段获得了4个GmCRY1和2个GmCRY2拷贝。基因序列信息分析表明,它们分属于植物的CRY1和CRY2基因群。为了深入了解大豆隐花色素的特点及功能,我们重点研究了GmCRY1a和GmCRY2a。研究发现,GmCRY1a和GmCRY2a蛋白的表达具有3个特点:1)GmCRY1a和GmCRY2a都是核定位蛋白;2)GmCRY2a在蓝光下通过泛素化过程降解;3)GmCRY1a和GmCRY2a都在幼嫩叶片中表达量较高。前两个特点与拟南芥一致,最后一个是大豆隐花色素表现出来的新特点。它们的功能为:1)蓝光下特异抑制下胚轴伸长,而且GmCRY1a的作用比GmCRY2a更明显,这与拟南芥相似;2)GmCRY1a对开花的作用也比GmCRY2a更明显,这与拟南芥不同。对这两个基因的昼夜节律表达分析为这一现象提供了实验证据:1)GmCRY1a蛋白确实表现了日周期节律,而GmCRY2a没有明显变化,这与拟南芥正好相反;2)两种隐花色素的mRNA都呈现了相似的日周期节律,但GmCRY1a振幅更大,这与拟南芥相似。对来源于不同纬度的11个栽培大豆品种的开花时间、适栽纬度与其GmCRY1a蛋白的表达量进行的相关分析以及对328个野生大豆品系的开花时间进行分析,结果发现:1)大豆的开花时间与其适栽纬度有极强的相关性;2)这种受纬度影响的开花反应与大豆GmCRY1a蛋白的表达有关。


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