大豆转录因子GmNMHC5对植株蔗糖水平的响应与调控

摘要

大豆在生长发育过程中,其产量形成与营养供应之间存在着物质与能量的既促进又竞争的复杂调控系统,深入研究开花与结瘤的协同调节关系是理解上述问题的关键。蔗糖以其良好的水溶性和小分子性随韧皮部汁液运输,在植物碳代谢及其生长过程中具有重要作用。近期有研究表明,蔗糖能够调控相关基因的表达,从而影响植物开花、结瘤等重要生理过程。课题组前期研究发现,大豆MADS-Box家族转录因子GmNMHC5能够促进结瘤,时空表达分析显示该基因可能同时参与开花调控,且其在各组织中的表达顺序与蔗糖运输路径一致,推测其表达与蔗糖存在关联。本研究发现，外源蔗糖饲喂可明显提高大豆V3、R3期根、茎、叶中GmNMHCS的表达量，其它各时期也有不同程度的上调或下调，证实GmNMHCS的表达受到蔗糖的调控。为了探索蔗糖调控该基因表达的分子机制，进一步克隆了GmNMHCS的启动子，生物信息学分析发现该启动子中存在蔗糖应答元件，表明这种调控作用可能通过蔗糖应答元件调节启动子的活性实现。同时，利用子叶节转化的方法使GmNMHCS在大豆根部过量表达，发现GmNMHCS能够提高根部R3期蔗糖合成酶和蔗糖转运酶基因表达量，从分子水平上初步表明GmNMHCS能够影响植株内源蔗糖水平。综合两方面的研究，初步确定GmNMHCS受到蔗糖的调控，且其对蔗糖的响应是一种双向关系。