大豆hGSH和hPCs合成的分子调控及其与耐铝毒的关系

铝毒是酸性土壤中限制作物生产的主要因子，谷胱甘肽(GSH)及其衍生物植物螯合肽(PCs)具有参与植物多条耐Al毒途径的功能，豆科植物存在特殊的hGSH和hPCs形式。前期我们发现大豆hGSH含量、氧化还原状态、代谢相关酶(GR, GPX和GST)活性和基因表达与耐铝性相关；大豆hGSH和hPCs合成酶基因(γECS, hGSHS和hPCS)在Al胁迫下呈同步诱导表达模式。.本研究拟构建γECS、(h)GSHS和(h)PCS基因的正义、反义和RNAi表达载体，通过农杆菌介导转入大豆和烟草，获得调控基因表达的转基因植物，比较正常和Al胁迫下转基因和野生型植物hGSH和hPCs合成代谢(代谢物、酶活性及基因表达)以及耐铝性相关指标(根伸长、胼胝质、Al积累、活性氧代谢等)的变化，从分子层面揭示大豆hGSH和hPCs合成代谢的调控及其与耐铝毒的关系，为遗传改良获得耐铝作物品种奠定基础。

铝毒是酸性土壤中限制作物生产的主要因子，大豆hGSH和hPCs可能通过清除活性氧和螯合体外和细胞内的Al3+而减轻铝毒伤害。本研究构建了大豆γECS、hGSHS和hPCS三个基因的正、反义以及含有含ihp结构的RNAi载体，并将构建的正义表达载体通过农杆菌介导转入烟草和大豆，将反义和RNAi干涉载体转入大豆，获得了增强和抑制基因表达的植株，比较转基因和野生型植株的hGSH和hPCs合成代谢以及耐铝能力的差异，主要结果如下：. （1）转入γECS和hGSHS基因的烟草和大豆（过表达）γEC和hGSH（烟草本身含GSH，hGSH为新合成的种类）含量增加，耐铝毒能力增强，Al胁迫下转基因植株hGSH含量增幅高于非胁迫对照， hGSH/hGSSG比例提高、还原势增强，但γEC增幅没有受Al胁迫诱导而加大；. （2）转入hPCS基因的烟草没有检测到hPCs合成，耐铝毒能力也没有增强；但过表达hPCS基因的大豆hPC2和hPC7的含量增加，耐铝能力略有增强，程度不及转γECS和hGSHS基因的植株；. （3）转入γECS和hGSHS基因的反义RNA和RNAi表达载体都抑制大豆基因的表达、γEC和hGSG的含量降低，RNAi抑制程度高于反义RNA。Al胁迫下转基因植株对Al的敏感性增强，转hGSHS基因的效果强于γECS，植株的γEC和hGSG的含量进一步降低，hGSH降幅大于γEC；. (4) 转入hPCS基因的反义RNA和RNAi表达载体的大豆植株hPC2、hPC3和hPC6含量减少，但hPC7以及其它hPCs含量没有变化，耐铝能力也没有削弱；. 整体上看，γEC作为底物是hGSH合成限制因子，γECS和hGSHS基因协同调控γEC向hGSH转化；转基因（增强或抑制表达）植株耐铝毒差异机制主要为hGSH总量和氧化还原态势（hGSH/hGSSG）变化引起的活性氧清除系统（Asada循环）和膜脂过氧化（透性和TBARS积累）的改变，Al的体外固定和体内细胞分隔化（Al吸收积累、胼胝质和螯合物含量）作用较小。