紫花苜蓿转录组及NF-YB家族基因的表达和功能分析

【作者】 坚伟宁； 范杰英； 王云鹏； 杨步越； 邢少辰； 韦正乙；

【机构】 吉林省农业科学院农业生物技术研究所； 长春师范大学生命科学学院；

【摘要】 【研究背景】紫花苜蓿是一种对非生物逆境具有较强抗性的多年生豆科牧草,对其对逆境响应的研究,有利于进一步提高它的抗逆性,从而提高它的产量。紫花苜蓿是异源四倍体植物,目前还没有基因组数据可以利用,因此其优异的抗逆性相关基因不能得到有效利用。近年来转录组分析方法的出现,可以在很大程度上弥补因基因组数据欠缺带来的问题。【材料与方法】本研究以紫花苜蓿龙牧803为材料,通过RAN-seq方法对紫花苜蓿的根瘤、根、茎、叶、花和果实共6个组织在干旱和盐碱胁迫下的转录组测序并分析转录因子NF-YB家族的表达和功能。【结果与分析】通过从头组装共获得unigene 69214个,对其中的44261个进行了注释,鉴定出SSR位点8541个。对根在盐碱和干旱条件下的差异表达基因数据分析结果显示,除了基因转录、RNA加工和转运以及蛋白质翻译这些必须途径外,在盐碱胁迫下,木质素合成和苯丙氨酸代谢相关基因表达变化非常活跃,而在干旱条件下蔗糖和淀粉代谢、糖酵解和糖异生相关的能量代谢基因表达变化更为集中。说明植物在响应盐碱和干旱胁迫的机制是有较大差异的。此外,根据转录组测序获得的信息,我们预测了1351个转录因子、577个转录调节因子和2122个蛋白激酶。利用转录组测序的数据,鉴定了16个MsNF-YB基因,并对它们的表达模式进行了分析,根据它们的表达模式,对它们的作用进行了分析和预测。对于获知全长CDS的10个NF-YB基因,我们分析了他们编码的蛋白质的氨基酸序列,并于蒺藜苜蓿的NF-YB蛋白进行了进化关系研究,结果表明这些蛋白可以分为6组,这10个基因可以被归在5个组内。成功克隆了8个MsNF-YB基因,并构建了植物表达载体,一部分已经在紫花苜蓿和(或)烟草中进行了过表达研究。研究表明,MsNF-YB3基因的表达可以提高转基因植物的耐盐性、抗碱性、抗旱性和抗氧化性;MsNF-YB4基因的表达可以提高转基因植物的抗旱性和耐盐性。这些研究表明,NF-YB基因在紫花苜蓿抗逆响应中发挥着重要的作用。【结论】本研究成果,对在分子水平上进一步深入了解紫花苜蓿的抗逆响应和调控具有重要意义,同时由于获得了一批具有自主知识产权的抗逆基因,这些基因可以应用于作物转基因研究,从而推动作物抗逆基因工程改良发展。更多还原