The Crop Journal | 东北农业大学大豆遗传改良团队揭示GmDnaJA6基因调控大豆耐盐碱的作用机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

大豆是植物蛋白、食用油脂和蛋白饲料的重要来源，在我国居民饮食消费和畜禽养殖中占有重要地位。2022年我国进口大豆9108万吨，占进口总量的62.0%，而国产大豆总量为2028万吨，自给率仅为18.2%，提高大豆产量的任务已然迫在眉睫。我国约有3335万公顷盐渍化土地，其中具有农业利用潜力的盐渍土面积约1334万公顷，占耕地面积的10%，因此，挖掘盐渍土大豆产量潜力是提高我国大豆自给率的重要新方向。然而，大豆属于淡土植物，耐盐性较差，盐渍条件严重影响大豆生长进程。因此，挖掘优良耐盐碱基因，可为进一步解析大豆耐盐碱性状形成的分子机制提供理论依据，并为大豆耐盐碱分子设计育种提供有利基因资源。DnaJ蛋白作为热激蛋白（heat shock proteins, HSP）家族中的一类，是广泛存在于植物细胞中的胁迫响应因子，在许多生物及非生物胁迫响应中都扮演着重要的角色。

近日，东北农业大学陈庆山/武小霞/赵莹研究团队在The Crop Journal在线发表了题为“Genome-wide analysis of soybean DnaJA-family genes and functional characterization of GmDnaJA6 responses to saline and alkaline stress”的研究论文，作者通过生物信息学手段从全基因组水平上对大豆DnaJA基因家族成员进行筛选鉴定，并利用分子生物学手段研究了GmDnaJA6基因在大豆耐盐碱中的功能。

作者从大豆基因组中分离鉴定出19个GmDnaJA蛋白（图1），其中1个亚型（GmDnaJA6）在盐/碱胁迫下表达量显著增加（图2），预示着其在大豆对非生物胁迫响应中具有功能。亚细胞定位分析表明，该蛋白为线粒体表达蛋白（图3），过表达GmDnaJA6基因可明显提高转基因大豆植株对盐碱胁迫的耐受性（图4）。盐、碱胁迫下，GmDnaJA6过表达植株中抗氧化酶活性显著高于野生型，同时转基因植株的叶片中DAB染色相对于野生型叶片也呈现出较弱的颜色。此外，GmDnaJA6基因可通过影响线粒体呼吸链复合物关键酶的mRNA水平，改善线粒体呼吸功能，从而保证盐/碱胁迫下的能量供应。

利用酵母双杂交系统筛选出7种与GmDnaJA6相互作用的蛋白，其中GmHsp70已被证实与DnaJ在植物中发生互作。通过qRT-PCR、回转和BiFC验证，作者证实了GmDnaJA6与GmHsp70之间的相互作用。过表达GmHsp70可显著增强大豆毛状根嵌合体植株在盐碱胁迫下的耐性。这些发现表明，GmDnaJA6与GmHsp70之间的相互作用对大豆在盐碱胁迫下的适应起到了至关重要的调节作用，并为豆科作物的育种和逆境适应性研究提供了新的理论支持。

图1 大豆、玉米、水稻、高粱和拟南芥中DnaJA家族基因系统发育分析

图2 GmDnaJAs基因表达谱

图3 GmDnaJA6提高了大豆对盐碱胁迫的抗性

图4  氧化还原和呼吸相关基因的qRT-PCR分析和酶活测定

作者和基金项目

东北农业大学农学院硕士研究生张滨烁、刘真和博士研究生周润南为该文共同第一作者，东北农业大学陈庆山教授、武小霞研究员以及赵莹副教授为共同通信作者。东北农业大学大豆遗传改良团队长期专注于大豆种质创新、品种选育和遗传机理等方面的研究，近5年在Plant Biotechnology Journal、Plant, Cell & Environment、Journal of Integrative Plant Biology等学术期刊发表论文多篇。该研究得到黑龙江省自然科学基金（TD2022C003，JJ2022YX0475）、国家重点研发计划项目（2021YFD1201104-02-02，2021YFF1001202）、东北农业大学“学术骨干”项目（赵莹）和国家自然科学基金项目（U20A2027，31971899，32272093，32272072）的资助。

本文转载自The Crop Journal

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！