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大豆与根瘤菌共生形成的根瘤,可将空气中的氮气固定,转化为生物可利用氮源,在农业可持续发展中发挥着重要作用。前人研究结果表明,大豆异黄酮在共生体系建立之初,被分泌到根际土壤中,诱导根瘤菌在根部附着,进而共生。大豆异黄酮由苯丙烷类代谢途径所合成,II型查尔酮异构酶(CHIs)是其合成的重要限速酶,包括GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2,但这些基因对大豆根瘤共生体系建立的功能尚不明晰。本研究基于大豆发根技术体系,获得转化GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2的复合植株,筛选主要功能基因,解析其在大豆-根瘤菌共生体系形成过程中的作用过程中的作用。结果如下:1.以大豆Willams82的cDNA为模板,利用RT-PCR方法,克隆大豆II型查尔酮异构酶基因GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2。生物信息学分析表明,GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2亲缘关系最近,同属第二亚族,亚细胞定位预测将其定位于核质,氨基酸序列比对分析发现三个基因都保留了CHI折叠的所有催化活性位点残基。2.利用实时定量RT-PCR技术对GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2基因在大豆组织中的表达情况进行检测,结果表明,GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2的表达模式存在较大差异,GmCHI1A在根部表达量最高,GmCHI1B1在胚中表达量最高,GmCHI1B2在花中表达量最高。3.构建植物重组过表达载体pCHF-GmCHI1s,利用发根农杆菌介导获得根部高表达GmCHI1A、GmCHI1B1和GmCHI1B2基因的复合植株,根瘤菌侵染处理30天后,对复合植株根瘤与发根等表型数据进行统计分析。结果显示,过表达GmCHI1A使复合植株的根瘤数、根瘤重、根瘤体积显著增加。同时,叶绿素、叶片含氮量、发状根根长、根重、发根数量也显著提高。过表达GmCHI1B1使复合植株的根瘤重、根瘤体积和发状根根长、根重、发根数量显著提高。过表达GmCHI1B2对复合植株的供试表型无显著影响。对过表达GmCHI1A和GmCHI1B1发状根进行异黄酮含量测定,结果显示,过表达GmCHI1A后,发根中大豆苷、黄豆黄素、大豆苷元、染料木素和总异黄酮含量均显著提高,过表达GmCHI1B1后,发根中黄豆黄素显著提高,其余测定的异黄酮成分含量均未显著提高。4.构建植物重组干扰表达载体pFGC-GmCHI1A,获得根部低GmCHI1A表达的复合植株。对根瘤与发根表型数据进行统计分析,结果表明,复合植株在根瘤数、根瘤重、根瘤体积和发根重量、发根数量上显著降低,其它供试表型也有降低,但差异不显著。对异黄酮含量进行测定,结果显示,发根中黄豆黄素含量显著降低,大豆苷元、染料木素及总异黄酮含量有所下降,但未达到显著水平。5.定量结果显示,GmCHI1A基因正相关调控异黄酮合成途径中关键酶基因GmCHS8、GmIFS1、GmHID的表达,以及相关结瘤通路基因ENOD40-1、GmNF1α、GmNF5α、pre-miR172C、GmNSP1、GmNSP2的表达。综上,推测II型大豆CHI基因中,GmCHI1A是大豆根部异黄酮合成的主要功能基因,参与了大豆-根瘤菌共生体系的建立。本研究结果可为大豆固氮的分子机制研究提供参考,也可为培育高结瘤能力大豆品种提供基因资源。