GmATG8c基因在大豆高产高效育种中的潜力分析

摘要

大豆是一种需氮较多的农作物,大豆对氮素的利用效率(NUE)在很大程度上影响着产量形成。因此,寻找大豆NUE相关基因并培育高产高效的转基因作物新品种具有重要意义。rn 在植物产量形成阶段的一种有效的营养再动员途径为细胞自噬(autophagy),其中一个关键组分ATG8决定着自噬体的大小。我们在大豆中寻找到11个ATG8成员,分别命名为GmATG8 a-GmATG8k,利用水培大豆的初生叶系统分析发现,GmATG8c的转录本水平受到缺氮胁迫的强烈诱导。克隆了该基因并获得了CaMV35 S-GmA TG8c转基因拟南芥,转基因株系对碳饥饿及氮饥饿的耐受性都明显增强;在正常培养条件下,CaMV35S-GmATG8c转基因株系生长速度更快,提前进入生育期,主、侧枝长度均更长,并在千粒重不变的前提下,单株种荚总数及单株产量得到提高。rn 为进一步挖掘GmATG8c基因的育种价值，分别获得了在衰老条件下特异性表达该基因的pGmSARK-GmATG8c转基因拟南芥及在绿色组织中特异性表达该基因的pAGY1-GmATG8c转基因拟南芥。与CaMV35S-GmATG8c转基因拟南芥一致，pGmSARK-GmATG8c转基因株系和pAGY1-GmATG8c转基因株系对低氮胁迫的耐受性均增强。pGmSARK-GmATG8c植物在氮素胁迫时会加速动员老叶中营养并维持新生叶生长，正常生长条件下单株产量提高。rnpAGY1-GmATG8c植物在氮饥饿条件下较CaMV35S-GmATG8c植物的耐受性进一步加强，维持更高的生物量，产量相关性状正在分析中。rn 本研究表明，GmATG8c基因具有高产高效育种价值，而采用合适的特异性启动子可能可以增加其应用潜力。