大豆(Glycine max(L.)Merr)是我国重要的作物之一,在生长过程中常常暴露在复杂多变的环境中,影响大豆的正常生长发育,严重时还会导致产量下降,因此,通过转基因技术培育出高产、稳产、优质且抗逆性强的大豆品种,已然成为当今时代大豆育种的重点目标。RIQ基因(AtRIQ1基因与AtRIQ2基因)在拟南芥中定位得到,它们共享一个保守结构域DUF1118,RIQ基因的氨基酸序列包括两个跨膜结构域。而在其N末端区域被预测为具有定位在叶绿体的转运肽结构。目前已知RIQ基因具有提升植株光保护的能力,能够促进植物向非光Physiology and biochemistry化学淬灭途径转变,通过将植物过剩的光能通过热能的方式进行淬灭,提高植物的抗逆能力。本课题组通过拟南芥AtRIQ1基因(AT5G08050)序列在大豆基因组数据库中找到并成功从大豆基因组中分离,得到GmRIQ1基因,研究发现其CDS全长序列为585 bp;构建pCAMBIA1302-GmRIQ1融合蛋白表达载体,确定了该基因的亚细胞定位;构建植物表达载体pCAMBIA3301-GmRIQ1分别转化大豆品种东农50与拟南芥野生型,获得3种GmRIQ1基因拟南芥过表达株系与3种转GmRIQ1大豆株系;对GmRIQ1基因拟南芥过表达体、GmRIQ1基因拟南芥缺失突变体与野生型拟南芥以及转GmRIQ1基因大豆株系与对照东农50大豆植株进行不同光强处理,比较分析了光合色素,叶绿荧光系数,光合系数等与光合作用机制和光保护光抑制调控机制相关的指标的关系;对GmRIQ1基因拟南芥过表达体、GmRIQ1基因拟南芥缺失突变体与野生型拟南芥进行不同光质波长的处理,比较分析了光合色素,叶绿荧光系数等与光保护光抑制调控机制相关的指标的关系;通过分析可溶性糖初步鉴定转GmRIQ1基因大豆株系的抗逆能力,明确大豆GmRIQ1基因是与光保护调控机制相关的基因。为研究作物光保护调控机制,培育耐强光、高产、稳产、优质大豆品种奠定了理论基础。主要研究结果如下:1.利用同源克隆成功获得大豆GmRIQ1基因,通过对基因GmRIQ1进行生确认细节物信息学预测,发现其CDS全长序列为585bp,编码194个氨基酸;生物信息学分析基因位于6号染色体上,属于膜蛋白,与野生大豆有较高的相似性。2.通过分析大豆不同器官基因特异性表达量,发现该基因在叶中表达量最高。3.构建pCAMBIA1302-GmRIQ1融合蛋白载体并利用PEG-Ca~(2+)介导转化法将其转移到拟南芥原生质体内,结合GFP荧光信号,发现RIQ1蛋白位于植物细胞的叶绿体中,推测GmRIQ1基因参与了光保护作用。4.构建pVX-765作用CAMBIA3301-GmRIQ1植物表达载体,使用拟南芥花序转化法与半粒种子转化法,将GmRIQ1基因转入野生型拟南芥和大豆品种东农50中,利用Bar引物和GmRIQ1引物PCR阳性鉴定,成功获得3种转GmRIQ1基因过表达拟南芥株系(GmRIQ1-a)与3种转GmRIQ1基因大豆株系。5.不同光照强度对于不同株系光合色素、叶绿荧光、光合特性等均产生不同影响。随光照强度增加,光合色素、NPQ、光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)等指标,都与光照强度成正相关,其中拟南芥株系:GmRIQ1-a(GmRIQ1拟南芥过表达体)>WT(野生型)>GmRIQ1-g(GmRIQ1拟南芥缺失突变体);大豆株系:GmRIQ1-a(转GmRIQ1基因大豆株系)>CK(东农50);而胞间二氧化碳浓度(Ci)与光照强度呈反相关,其中拟南芥株系:GmRIQ1-g(GmRIQ1拟南芥缺失突变体)>WT(野生型)>GmRIQ1-a(GmRIQ1拟南芥过表达体);大豆株系:CK(东农50)>GmRIQ1-a(转GmRIQ1基因大豆株系),初步表明GmRIQ1基因能够提高植物的非光化学淬灭能力,抑制植株的光合作用,提高植株的光保护能力。6.探讨不同的光质波长对拟南芥不同株系的光合色素,非光化学淬灭均有不同的影响,在红光和远红光的波长处理下,拟南芥3种株系的光合色素水平与叶绿荧光系数水平差异不大;但在蓝光波长处理下叶绿素含量:GmRIQ1-g(GmRIQ1拟南芥缺失突变体)>WT(野生型)>GmRIQ1-a(GmRIQ1拟南芥过表达体);玉米黄素含量:GmRIQ1-g(GmRIQ1拟南芥缺失突变体)>WT(野生型)>GmRIQ1-a(GmRIQ1拟南芥过表达体);NPQ系数:GmRIQ1-a(GmRIQ1拟南芥过表达体)>WT(野生型)>GmRIQ1-g(GmRIQ1拟南芥缺失突变体),这些指标表明GmRIQ1基因在蓝光的波长下表达更加活跃。测定GmRIQ1-a(转GmRIQ1基因大豆株系)在强光照射下的可溶性糖含量,结果表明可溶性糖含量水平:GmRIQ1-a(转GmRIQ1基因大豆株系)高于WT(东农50),初步判断转GmRIQ1基因大豆株系的抗逆能力高于对照株系东农50。