基本信息
- 项目名称：
- 两型豆光敏色素PhyB基因的克隆与生物信息学分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本团队由队员范胜亮、李丽婷、董茜组成，佘跃辉老师做指导，从2009年12月份开始，在发现了两型豆优良耐荫特性的基础上，分析了其形态特征，并从其嫩叶中克隆了PhyB基因，进行了相关生物信息学分析，然后构建了RNAi载体。
- 详细介绍：
- 目前，西南地区种植的大豆耐荫品种少，且一个品种使用多年，优良性状退化，大都不适合麦-玉-豆这种套种模式。所以这种套种新模式的实现，就急需一系列大豆耐荫新品种出现。 两型豆作为一种一年生豆科珍惜草本植物具有地上结荚、地下结豆，茎两型、花两型、种两型的特异性，在原生地高抗病虫害、再生能力强，有很强的耐荫性和抗逆性及生命力。从分布环境和生长情况看来，两型豆生长分布在山洼、背阴、土壤湿度大的次生林下，与乔木、杂草伴生，喜阴湿、凉爽的环境条件。凡在低洼、潮湿、通风、背阴处的野生两型豆都生长良好；在干燥和强光照射下或遮阴率不高地方的，则生长不良。由此可以看出，野生两型豆中存在复杂的光调控反应，以此来适应荫蔽的环境。而这种光调控反应主要是由光敏色素蛋白控制的。这就说明野生两型豆中存在大量表达的光敏色素蛋白及控制其生成并表达的光敏色素基因。 将主要控制避荫性的光敏色素PhyB基因克隆，并转移至大豆中过量表达，培育出系列耐荫新品种。本实验的重点在于克隆光敏色素PhyB基因并构建该基因的表达载体，将两型豆的抗病性、耐荫性等优异特性转移到栽培大豆中，为培育适应四川省大豆栽培模式的套种大豆新品种提供理论依据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 未解决西南地区麦-玉-豆套作模式中，大豆由于光照不足，产生避荫性反应，单产较低的背景，从野生两型豆中克隆光明色素PhyB基因，并转入大豆中，以期能提高光效率，提高大豆单产，增加农民收入。
科学性、先进性及独特之处
- 为适应麦-玉-豆套种新模式，克隆野生两型豆PHYB基因并且转化到大豆里面，获取大豆新耐荫性种质资源，在全国范围内是首次尝试。对以后大豆新品种的选育提出了新的方法和思路，起到了创造性的作用。
应用价值和现实意义
- 将主要控制避荫性的光敏色素PhyB基因克隆，并转移至大豆中过量表达，培育出系列耐荫新品种。本实验的重点在于克隆光敏色素PhyB基因并构建该基因的表达载体，将两型豆的抗病性、耐荫性等优异特性转移到栽培大豆中，为培育适应四川省大豆栽培模式的套种大豆新品种提供理论依据。
学术论文摘要
- PhyB基因是植物光形态建成中最重要的基因序列之一。为了从分子水平上分析两型豆PhyB基因的结构特点，并为揭示其表达调控机制提供一定的理论依据。利用RT-PCR技术从野生两型豆中克隆了一个光敏色素基因PhyB，其cDNA全长3472bp，含有一个3317bp的完整开放阅读框，编码一条长1105个氨基酸的蛋白，分子量为123.78Kda，等电点为5.99。该基因编码的蛋白质序列与栽培大豆、紫花苜蓿和莲花同源基因编码的氨基酸序列一致性分别为98%、94%、87%，命名为AePhyB。
获奖情况
- 1.基因序列注册到GenBank，登录号为JF412664； 2．论文《野生两型豆PhyB基因的克隆与进化分析》已撰写完毕，
鉴定结果
- 该项目情况属实，以解决大豆耐荫问题为出发点，具有一定的现实意义和前景。
参考文献
- [1]中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京：科学出版社,1995 [2]Neff, M.M., Fankhauser, C., and Chory, J. (2000). Light, An indicator of time and place. Genes Dev. 14, 257–271. [3]Nagatani, A., Reed, J.W., and Chory, J. (1993). Isolation and initial characterization of Arabidopsis mutants that are deficient in phytochrome A. Plant Physiol. 102, 269–277. [4]Whitelam, G.C., Johnson, E., Peng, J., Carol, P., Anderson, M.L., Cowl, J.S., and Harberd, N.P. (1993). Phytochrome A null mutants of Arabidopsis display a wild-type phenotype in white light. Plant Cell 5, 757–768.
同类课题研究水平概述
- 光敏色素的发现也是经历了前人坚持不懈的探索研究。光敏色素最初研究可以追溯到上世纪20年代短日植物中控制光周期，以及在莴苣中通过红光(R)和远红光(FR)逆转种子发芽类蛋白色素的研究。特别是自Borthwick的莴苣种子发芽实验开始，光敏色素蛋白引起植物学家愈来愈高的学术兴趣。光敏色素的分子种类主要由其AP决定，AP是由一个多基因家族编码的，一般认为被子植物中的PHY都可能由一个至少包含三个成员的基因家族来编码。例如，拟南芥核基因组包含4-5个具有不同生理功能的PHY基因，分别称为PHYA，PHYB，PHYC, PHYD, PHYE。其中PHYB基因在避光性反应中起着重要的作用，在缺少PHYB的条件下，红光照射植株则失去了再黄化的能力，但对远红光照射则没有影响。PHYB在低辐照度反应(LFR)中起重要作用，并且刺激种子萌发。PHYB是避光反应中起主要作用的光敏色素，因为在PHYB缺失突变体中存在光下植物发生茎的徒长、叶子变小、顶端优势的增大和花期提前等避光反应的典型结构。说明植物叶片对远红光照射发生发应，使PHYB接收了红／远红光信号。 1999年，在拟南芥的PHYB转化马铃薯试验中，高表达的转基因植株表现为植株矮化，顶端优势减少，叶片数目增多并且变小增厚，在增长的栅栏细胞中叶绿体也增多且降解缓慢。转基因植株还表现出单位面积光合作用的变强且这种改变在光抑制的情况下并不改变（即避荫性反应很弱）。由于生命周期的增长光合作用的变强最终使转化拟南芥PHYB的马铃薯块茎产量增加。通过以上实验的可行性，可以大胆预测，转化两型豆PHYB的大豆可以适应荫蔽的环境，具有耐荫性。
