大豆抗旱品种的筛选及响应旱胁迫大豆circRNA的分析

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大豆是我国重要的经济作物,干旱胁迫是影响大豆产量的重要非生物胁迫之一。水资源匮乏以及旱涝灾害的频发严重危害了大豆产量,培育耐旱的大豆品种对提高大豆产量具有重要作用。抗旱性是一种复杂的数量性状,受到多种基因与环境共同影响,因此,大豆种质资源的抗旱性鉴定以及抗旱相关基因的深入挖掘对大豆抗旱育种具有重要意义。本研究选用20个大豆品种,利用PEG6000模拟干旱和旱棚盆栽方式,分别在芽期、苗期和花期对发芽率、生理指标、叶绿素荧光、农艺性状等指标进行了分析,同时利用抗旱系数、隶属值函数法进行综合分析,最终筛选出干旱抗性品种。以抗旱品种为试验材料,进行44个环状RNA(circRNA)的PCR检测,分析不同circRNA在不同抗旱品种中的表达差异性,进而筛选出响应干旱胁迫的关键circRNA,并利用大豆毛状根实验进一步探讨了一个关键circRNA对应的亲本基因的抗旱功能,为进一步研究circRNA的功能以及利用circRNA作为分子标记鉴定抗旱品种、深入挖掘抗旱基因奠定基础。主要结果如下:(1)利用20个大豆品种在芽期进行PEG模拟干旱实验,并在2017和2018两年进行了苗期盆栽抗旱实验,根据生理指标产量性状,筛选出4个抗旱性强的品种:铁丰8、晋豆21、艾卡166、绥农14,4个抗旱性较强的品种:龙品03-311、L-10、早熟18、黑农44,3个干旱敏感性品种:猫眼豆、东农594、合丰47。(2)用铁丰8、晋豆21、艾卡166、绥农14、龙品03-311和L-10等6个抗旱品种和6个干旱敏感性品种作为试验材料,对44个大豆circRNA进行PCR鉴定,得到26个受干旱诱导差异表达的circRNA,其中6个circRNA是关键抗旱circRNA。(3)克隆gma-circ R29对应的亲本基因Glyma.07G2457,构建了pCAMBIA3300-Glyma.07G2457重组载体。(4)预测Glyma.07G2457基因功能为赖氨酰tRNA合成酶,预测其拟南芥同源基因AT3G11710在干旱逆境时从0小时到24小时的相对表达量先增加后降低。对Glyma.07G2457进行荧光定量PCR结果显示,在干旱胁迫下,Glyma.07G2457的表达受干旱胁迫影响,并呈现正调控,与拟南芥同源基因预测结果相似。(5)将pCAMBIA3300-Glyma.07G2457过表达载体以及对照空载体转化发根农杆菌,P EG模拟干旱实验表明,过表达根系长度增长量较大,是对照根系增长量的二倍,gma-circ R29对应的亲本基因Glyma.07G2457参与大豆抗旱反应,是一个抗旱基因,gma-circ R29在响应植物水分胁迫时上调表达,是一个重要的大豆抗旱circRNA。
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