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大豆是重要粮食与油料作物,低磷胁迫严重影响其生长发育。根系是植物感应低磷信号最敏感器官,其构型改变是抵御低磷逆境重要途径。扩展蛋白是一类参与植物细胞伸展、调节根系构型重要酶类,在抵御多种逆境胁迫中发挥重要作用。课题组前期从大豆低磷诱导差减文库中获得多个扩展蛋白基因。基于此,本研究利用转录组测序进一步确定扩展蛋白候选基因GmEXLB1,克隆、分析基因时空表达及启动子,明确基因对低磷逆境的响应,并构建载体转化拟南芥,研究GmEXLB1磷高效利用生物学功能,为磷高效分子育种与机制解析提供功能基因。主要结果如下:1.结合低磷诱导差减文库与转录组测序遴选出扩展蛋白GmEXLB1:利用磷高效大豆低磷诱导差减文库,结合低磷处理下的转录组数据,筛选出扩展蛋白候选基因GmEXLB1,该基因在大豆侧根低磷处理28 d~70 d高效表达,且以处理49 d表达量最高;克隆基因发现,开放阅读框744 bp,编码247个氨基酸残基,含4个外显子、3个内含子,具有植物扩展蛋白特有保守结构域,与其它扩展蛋白具有较高同源性。2.结合基因时空表达与启动子分析明确了GmEXLB1对低磷逆境的响应:利用实时定量分析磷高效种质不同磷素处理条件、处理时间与组织部位GmEXLB1表达规律发现,基因主要在大豆根系表达,且以侧根中的表达量最高;分析侧根中的表达模式发现,低磷处理28 d~49 d,GmEXLB1诱导表达,且以42 d表达量最高。分析该基因启动子驱动GUS表达发现,自侧根原基起始到成熟侧根形成,低磷处理GUS染色始终高于适磷,且以侧根伸长区的染色最深,GmEXLB1主要参与植物侧根伸长区细胞伸长与延展。3.结合培养基与盆栽试验解析了GmEXLB1磷高效利用生物学功能:利用转GmEXLB1超表达纯合株系,在培养基条件下分析其生物学功能发现,低磷胁迫下,与野生型相比,各转基因株系主根长、侧根长及侧根数目分别提高9.82%~13.14%、38.06%~41.28%、22.11%~31.73%;侧根伸长区及其细胞长度分别提高21.71%~26.18%、14.18%~22.72%。进一步分析盆栽条件下的各转基因株系发现,低磷处理下,与野生型相比,转基因株系地上部鲜重、根系鲜重、植株磷含量分别提高72.50%~168.33%、43.19%~106.57%、152.00%~322.98%,GmEXLB1具有提高低磷胁迫下转基因植株根际周围磷素吸收利用效率的功能。基于以上结果,得出结论:大豆扩展蛋白GmEXLB1受低磷胁迫强烈诱导表达,以低磷处理28 d~70 d根系侧根伸长区表达量较高;基因开放阅读框744 bp,有扩展蛋白家族特有结构域;低磷胁迫条件下GmEXLB1可提高转基因拟南芥主根长、侧根长、侧根数目、侧根伸长区及其细胞长度、地上部鲜重、根系鲜重、植株磷含量等,具有提高低磷条件下转基因植株根际周围磷素吸收利用效率的功能。