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中国农业科学 | 华南农业大学农学院探索大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究
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中国农业科学 | 华南农业大学农学院探索大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究
磷（Phosphorus）是植物体所必需的营养元素之一，参与植物的光合作用、能量转换等一系列生理代谢过程。磷供应不足，会影响植物的 生长发育，进而导致植株抗逆能力减弱。大豆是喜磷作物，具有很高的经济和食用价值，为人体提供了丰富的蛋白质和脂肪。然而，我国存在大面积缺磷的耕地，尤其是南方酸性土壤地区，导致在种植过程中面临土壤有效磷供应不足的问题，从而对作物的品质和产量产生负面影响。在农业领域，通常采取增施磷肥的方法来解决土壤有效磷缺乏的问题。然而， 这种做法却引发了一系列环境问题，如水体污染和矿产资源过度开采。因此，有必要进行大豆逆境胁迫 相关基因的研究和挖掘，以增强大豆对低磷胁迫的应答能力，并为未来的大豆抗性育种提供理论基础。
近期，华南农业大学农学院完成的题为“大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷3期正式发表。
从野生大豆BW69克隆GsNAC1的全 长序列，并通过生物信息学分析探究其编码氨基酸序列的特征。随后，利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）对其组织表 达模式进行分析，并通过激光共聚焦显微镜观察其编码蛋白的亚细胞定位。此外，通过大豆遗传转化试验，获得转基因株系 并进行表型分析。最后，通过转录组联合分析来鉴定转基因植株中与低磷胁迫相关的差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）。
GsNAC1 同源性分析及亚细胞定位
成功克隆获得GsNAC1，编码区全长876 bp，通过构建系统发育树发现GsNAC1与AtATAF1 的序列相似性为62.46%，与Williams 82参考基因组的GmNAC1序列没有差异。进一步的亚细胞定位结果显示，GsNAC1定位于细胞核；基于qRT-PCR技术，发现GsNAC1在大豆的根、茎、叶、顶端、花和豆荚均有表达，在根部的相对表达量最高， 且受到低pH和低磷诱导表达显著上调。
在LP和NP处理下WT和转基因株系的长期水培表型鉴定
在LP和NP处理下WT和转基因株系的长期土培表型鉴定
通过水培法和土培法进行表型试验，在低磷处理下，与野生型（WT）相比，转基因株系鲜重根冠比、总根长、根表面积、根体积和磷含量均显著高于WT。
转录组分析
结合转录组测序数据进行分析，发现GsNAC1可能通过促进GmALMT6、GmALMT27、GmPAP27和 GmWRKY21等基因表达增强其对低磷胁迫的耐受性。
GsNAC1 受低pH和低磷 诱导表达上调，过量表达GsNAC1可以显著增强大豆对低磷胁迫的耐受性，在低磷胁迫反应中起促进作用。GsNAC1可能通过 调控下游基因表达增强大豆对酸性低磷胁迫的耐受性。
该文章获得国家重点研发计划“农业生物种质资源挖掘与创新利用”重点专项（2021YFD1201603-07）、国家大豆产业技术体系建设专项（CARS-04-PS09）的资助。
论文链接：
引用本文：
熊楚雯, 郭智滨, 周强华, 程艳波, 马启彬, 蔡占东, 年海. 大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 442-453.
XIONG ChuWen, GUO ZhiBin, ZHOU QiangHua, CHENG YanBo, MA QiBin, CAI ZhanDong, NIAN Hai. Function Analysis of the Soybean Transcription Factor NAC1 in Tolerance to Low Phosphorus[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(3): 442-453.
https://blog.sciencenet.cn/blog-3581686-1422649.html
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