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解析大豆GmSbh1基因：分离、表达与种子劣变的分子关联

一、引言

1.1研究背景

大豆（Glycinemax(L.)Merr.）作为世界五大作物之一，在全球农业和经济领域中占据着极为重要的地位。它不仅是最为重要的油料作物，为人类提供了丰富的油脂来源，同时也是高蛋白粮饲兼用作物，其富含的优质植物蛋白，广泛应用于食品加工和饲料生产等行业，对保障全球粮食安全和动物养殖产业的发展起着关键作用。在我国，大豆在种植业结构调整中发挥着重要作用，种植区域广泛，其中南方春大豆区是我国大豆主产区之一。

然而，在大豆种子生理成熟期，正值南方高温多雨季节，南方春大豆种子极易受高温高湿胁迫影响而发生田间劣变。这种劣变现象严重制约了我国南方春大豆的发展，其导致种子活力降低，使得种子在萌发过程中表现不佳，发芽率下降、发芽势减弱，难以形成健壮的幼苗，影响后续的生长发育和产量形成；产量下降，无法满足市场对大豆的需求，影响农民的经济收益；品质下降，如蛋白质、油脂等营养成分的含量和质量发生改变，降低了大豆的商业价值和加工适用性。

种子劣变是一个复杂的过程，涉及到种子内部的生理生化变化、细胞结构的损伤以及基因表达的调控等多个层面。目前，虽然对大豆种子劣变的研究已经取得了一些进展，如对种子劣变过程中生理生化指标的变化有了一定的了解，包括细胞膜透性增大、酶活性改变、抗氧化系统失衡等，但对于其分子机制的认识仍然有限。

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）作为大豆中被克隆的第一个HB基因，其在大豆生长发育过程中的作用以及与种子劣变的关系备受关注。本实验室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，这一结果表明GmSBH1可能与春大豆种子田间劣变密切相关。深入研究GmSbh1基因，对于揭示大豆种子劣变的分子机制具有重要意义。

1.2研究目的和意义

本研究旨在分离大豆Homeobox基因GmSbh1，并对其进行表达分析，深入探究其与种子劣变的关系。通过一系列实验，包括春大豆种子田间劣变抗性的鉴定及其生理学机制研究、大豆HB基因GmSbh1及其启动子的分离与生物信息学分析、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分析、GmSBH1的亚细胞定位及转录激活活性鉴定以及GmSbh1过表达与植株生长发育和种子劣变的关系研究等，从分子水平上阐明GmSbh1参与大豆种子田间劣变的机制。

本研究具有重要的理论和实践意义。在理论方面，有助于深入了解大豆种子劣变的分子调控机制，丰富植物逆境响应和基因表达调控的理论知识，为进一步研究大豆生长发育和应对逆境胁迫提供理论基础；在实践方面，为高抗种子田间劣变春大豆品种的选育提供理论依据，通过分子育种技术，将与种子劣变抗性相关的基因导入大豆品种中，培育出具有更强抗劣变能力的新品种，降低春大豆种子田间劣变程度，提高大豆的产量和品质，提升我国大豆产业的市场竞争力，保障我国的粮食安全和农业可持续发展。

二、材料与方法

2.1实验材料

2.1.1大豆品种选择

选用抗种子田间劣变种质湘豆3号和不抗种质宁镇1号作为实验材料。湘豆3号在面对高温高湿胁迫时，展现出较强的抗氧化和细胞修复及防御能力，能够有效抵御逆境对种子的伤害，从而保持较好的种子活力和品质，这使得它在种子田间劣变抗性方面表现出色；而宁镇1号在相同胁迫条件下，这些能力相对较弱，种子更易受到损伤，导致活力下降和品质变差，表现出对种子田间劣变的不抗性。这种在种子劣变抗性上的显著差异，使得湘豆3号和宁镇1号成为研究种子劣变机制的理想材料，通过对它们的对比研究，可以更清晰地揭示种子劣变过程中的生理生化变化和分子机制，为后续研究提供有力支持。

2.1.2实验试剂和仪器

实验所需试剂众多，其中PCR相关试剂包括10×PCRbuffer、dNTPs、TaKaRaTaq，这些试剂是PCR反应顺利进行的关键，10×PCRbuffer为反应提供适宜的缓冲环境，dNTPs作为合成DNA的原料，TaKaRaTaq则是具有高效催化活性的DNA聚合酶；激素如ABA（脱落酸）和MeJA（茉莉酸甲酯），用于研究基因对激素诱导的响应，ABA在植物应对逆境胁迫中发挥重要作用，MeJA参与植物的生长发育和防御反应；此外，还有CTAB裂解液、抽提液、CTAB提取液、TE缓冲液等，用于DNA的提取和纯化，CTAB裂解液能够有效裂解细胞，释放出DNA，抽提液和CTAB提取液