大豆同源异型盒基因SBH1参与种子田间劣变的分子机制

大豆种子田间劣变已成为制约我国南方春大豆发展的一大障碍，开展大豆种子田间劣变分子机制研究显得十分必要和迫切。SBH1是大豆中克隆到的首个同源异型盒基因。本项目组的前期研究发现SBH1蛋白与大豆种子田间劣变相关，qPCR表明SBH1基因在大豆种子田间劣变与抗性种质中差异表达。为此拟开展以下主要研究：①SBH1基因应答高温高湿胁迫的上游调控蛋白的分离、鉴定；②SBH1蛋白与DNA序列的特异性结合；③SBH1基因参与大豆种子田间劣变的功能验证；④SBH1蛋白对下游基因的表达调控。通过以上研究最终阐明SBH1基因参与大豆种子田间劣变的分子机制。本项目的实施有利于提高种子田间劣变分子基础的研究水平、夯实大豆种子田间劣变抗性品种选育的分子基础，有利于提高大豆种子的质量和种用价值、加快大豆种子田间劣变抗性品种的选育进程，对提升我国大豆产业的国际市场竞争力，促进大豆产业可持续发展有重要理论意义和实践意义。

大豆在我国种植业结构调整中发挥重要作用。南方春大豆区是我国大豆主产区之一，而该地区大豆种子生理成熟期正值南方高温多雨季节，种子容易发生田间劣变，从而导致种子活力降低、产量和品质下降，严重制约了我国南方春大豆的发展。开展春大豆种子田间劣变机制研究是培育抗性品种、降低春大豆种子田间劣变程度和提升我国大豆产业市场竞争力的前提和基础。同源异型盒（Homeobox, HB）基因是一类在调控植物生长发育、响应逆境胁迫和激素诱导等方面发挥重要功能的基因家族，GmSbh1（L13663）是大豆中被克隆的第一个HB基因。项目组前期的蛋白质组学研究表明，高温高湿胁迫后，与对照相比，不抗田间劣变品种GmSBH1显著上调表达，抗性品种下调表达，表明GmSBH1可能与春大豆种子田间劣变相关。在前期研究的基础上，本项目开展的研究及重要结果如下：①对前期筛选出的春大豆种质进行了田间劣变抗性鉴定，从生理生化和解剖学角度学揭示了春大豆抗田间劣变的机制；②分离出了大豆HB基因GmSbh1及其启动子，并对其进行了较为系统的生物信息学分析；③对GmSbh1基因应答高温高湿胁迫的上游调控蛋白进行了研究；④分析了GmSbh1在大豆不同品种、组织器官、种子发育和萌发时期以及响应高温高湿胁迫及激素诱导的表达模式；⑤对GmSBH1进行了亚细胞定位及转录激活活性鉴定；⑥验证了GmSbh1基因参与大豆种子田间劣变，获得了GmSbh1过表达拟南芥植株，并对转基因和野生型植株的生长发育、种子抗劣变性以及高温高湿响应基因的表达进行了比较；⑦GmSBH1酵母单杂和双杂cDNA文库的构建及互作蛋白的筛选，筛选到受GmSbh1启动子中高温高湿响应元件调控的蛋白及与GmSBH1互作的蛋白分别82种和15种。通过以上研究基本从分子水平上阐明了GmSbh1参与大豆种子田间劣变的机制，并为高抗种子田间劣春大豆品种选育奠定理论基础，对提升我国大豆种子质量具有重要理论价值和实践指导意义。本项目取得的主要成果有：发表相关科研论文8篇（其中SCI收录2篇，1篇在审稿中），授权实用新型专利2项，培养博士研究生2名（1名已毕业），参加国际学术会议3人次，国内学术会议7人次。