摘要
避荫反应是植物对遮荫等光环境胁迫做出的可塑性反应。近年来，人们对模式植物拟南芥的避荫反应分子机制有了较为深入的了解，但作物的避荫反应机制仍不清楚。大豆是重要的油料以及饲料作物，其生长发育对光环境改变十分敏感。虽然密植栽培或间套作能够有效的提高大豆总产量，但这两种栽培模式均存在诱发避荫反应导致大豆倒伏的风险，因此解析大豆避荫反应的分子机制具有重要的理论价值以及实践意义。本研究集中探讨了大豆蓝光受体隐花素GmCry1在介导弱蓝光诱导避荫反应中的功能和作用机制，主要结果如下: 在自然遮荫条件下，除R∶FR比值显著的降低以外，蓝光光强也减少90％左右。我们分别研究了低R∶FR以及弱蓝光对大豆避荫反应的影响。结果表明在有效光合辐射(PAR)500μmolm-2sec-1条件下，降低R∶FR比值能显著的诱导大豆出现叶片偏上性以及叶柄伸长等避荫反应;而保持PAR不变，降低蓝光光强则能够强烈促进茎秆生长和叶柄伸长。结果说明大豆避荫反应是多种光受体共同调控的结果。进一步研究发现，与野生型相比，过表达GmCry1b转基因植株对蓝光信号更加的敏感，即使在弱蓝光条件下也依然能够显著的抑制大豆茎秆的伸长。而大豆Gmcry1s-qm四突变体材料株高失去了对弱蓝光的响应。无论是在白光还是弱蓝光条件植株都明显的伸长。表明GmCry1s是介导弱蓝光诱导避荫反应的关键光受体。 对WT(天隆一号)、GmCry1b-YFP过表达、Gmcry1s-qm四突变体和GmCry2s-tm三突变体材料进行了RNA-seq(RNA sequencing)分析。GO(Gene Ontology)结果表明赤霉素代谢通路基因GmGA2ox在差异基因中存在显著富集。进一步研究发现蓝光能够通过隐花色素GmCry1s诱导GmGA2ox-7a/7b基因的表达，从而降低大豆体内活性赤霉素GA1的含量，抑制大豆株高的伸长。将GmGA2ox-7a基因过表达后能够完全抑制弱蓝光介导的大豆避荫反应。此外，蓝光能够诱导大豆GmHY5a蛋白的积累。通过ChIP-qPCR实验发现，大豆GmHY5a/5b能够特异性的结合GmGA2ox-7a和GmGA2ox-7b基因中的G-box基序，且GmHY5a/5b过表达转基因植株株高明显变矮。 大田试验表明:过表达GmCry1b基因能够抑制大豆茎秆的伸长以及避荫反应的发生，使其表现出优异的耐荫性及抗倒伏能力。过表达转基因大豆产量显著高于野生型。 以上结果表明:蓝光通过隐花色素GmCry1s诱导GmHY5a/5b蛋白积累，其能够结合GmGA2ox-7a/7b启动子G-box基序并促进基因表达，进一步减少体内赤霉素GA1的含量，从而抑制大豆茎秆的伸长;而弱蓝光条件下，GmHY5a蛋白丰度变小，GmGA2ox-7a表达量降低，导致赤霉素GA1含量的升高，诱导大豆茎秆伸长等避荫反应;过表达GmCry1b转基因大豆表现显著的耐荫性状，为未来创制抗倒伏高产大豆新品种提供了新的选择。
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