大豆GmCWIN3基因的克隆及转基因拟南芥株型鉴定

Cloning of Soybean GmCWIN3 Gene and Identification of Plant Architecture in Transgenic Arabidopsis

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摘要植物细胞壁转化酶(CWIN,cell wall invertase)可以催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖,在植物生长发育过程中具有重要作用.为探究GmCWINs在大豆株高、分枝数等株型发育过程中的功能,本研究克隆到1个该基因家族成员GmCWIN3,序列分析结果显示,GmCWIN3基因的CDS全长为1728 bp,其编码575个氨基酸.GmCWIN3蛋白二级结构中无规则卷曲结构占比最大,为48.17％;蛋白质三级结构显示该基因编码了一种细胞壁转化酶.GmCWIN3基因启动子区具有多个光响应元件,同时也具有响应生长素、赤霉素及昼夜节律的顺式作用元件.进一步地分析生长素和赤霉素诱导下GmCWIN3的表达模式,发现GmCWIN3基因能在反应初期快速地响应两种激素的诱导.构建GmCWIN3基因的植物表达载体并完成其在拟南芥中的过表达,对转基因株系及野生型拟南芥的细胞壁转化酶活性和蔗糖含量进行测定,结果表明转基因拟南芥中细胞壁转化酶活性显著提高,且蔗糖含量显著降低.此外,对植株表型进行观察和统计,发现与野生型相比,过表达植株的株高和分枝数均显著增加.综上所述,本研究推测GmCWIN3基因可能通过调节体内蔗糖的水解,从而参与生长素及赤霉素介导的大豆株高及分枝数等性状的形成过程.本研究结果为进一步探究GmCWIN3基因调控大豆株型相关性状的分子机制研究奠定了基础.