共生结瘤关键基因HIR的表达分析

【作者】 辛大伟； 齐照明； 胡振帮； 蒋洪蔚； 朱荣胜； 付营； 魏玮； 陈庆山；

【机构】 东北农业大学农学院东北农业大学大豆生物学教育部重点实验室/农业部北方大豆生物学与遗传育种区域重点实验室；

【摘要】 外界微生物在侵染植物的时候,能够刺激植物产生过敏性反应(HR)以及其他的生理生化变化。HIR基因能够参与众多的生理生化反应,比如调节离子通道、调节细胞周期等,并与过敏性反应(HR)相关。但是在大豆中HIR基因在根瘤共生过程中的作用尚不明确。为了研究HIR基因在受到根瘤菌侵染时的作用,本研究通过对大豆基因组HIR相关同源基因进行预测,并且进行生物信息学的相关分析。最后,对绥农14接种寒地根瘤菌HD001后,对HIR相关基因在转录水平上进行了研究分析。研究结果表明,大豆HIR基因在大豆全基因组复制之前,来自4个独立的祖先基因,在长期的进化过程中,大豆HIR出现旁系同源基因。有两个基因为假基因,在进化过程中,其等位基因可能丢失。对12种植物的HIR家族基因构建的系统进化树进行分析,HIR家族在物种之间的进化关系比较近,并且在双子叶植物中,HIR家族基因结构相似性更大,在一定程度上说明了,不同植物种类HIR基因的关键功能在进化过程中非冗余地保留下来。选取七个取样时间点,探究相关基因在不同时间的特异性表达情况。结果表明GmHIR基因家族中的Glyma05g01360,Glyma02g02500,Glyma02g02540,Glyma19g02370,Glyma13g05120,Glyma17g10520,Glyma09g28170和Glyma16g32990在接种根瘤菌后,Glyma05g01360,Glyma19g02370,Glyma13g05120,Glyma17g10520和Glyma09g28170五个基因,在绥农14中均表现出基因相对表达量升高。其中,Glyma05g01360在接菌绥农14后60h,表达程度达到峰值,表达量为初始表达量的3.25倍,然后在48h时降低到稳定水平;Glyma19g02370在接菌绥农14后48h,表达程度达到峰值,表达量为初始表达量的6.20倍,然后在60h开始降低并在72h时达到稳定水平;Glyma13g05120在接菌绥农14后60h,表达程度达到峰值,表达量为初始表达量的6.50倍,然后在72h降低到稳定水平;Glyma17g10520在接菌绥农14后48h,表达程度达到峰值,表达量为初始表达量的11.74倍,然后在60h开始降低并在72h时达到稳定水平;G1yma09g281 70在接菌绥农14后24h,表达程度达到峰值,表达量为初始表达量的3.12倍,然后在36h开始降低并在达到稳定水平。Glyma02g02500,Glyma02g02540,Glyma01g04950,Glyma18g16270和Glyma16g32990G五个基因在绥农14中表现出相对表达量保持基本不变。本研究多深入探究结瘤共生过程中大豆与根瘤菌基因间的相互作用奠定了基础。更多还原