未来科学家培育项目（2026）
大豆种子活力候选基因GmDNAJ的功能鉴定
创新训练项目
农学
植物生产类
二年期
B、学生来源于教师科研项目选题
赵晋铭
指导教师
一、研究背景：
大豆(Glycine max [L.] Merr.)是全球最重要的油料作物之一，为人类提供丰富的油脂和蛋白质。因此，大豆种子质量对食品和工业生产至关重要。种子活力是评估种子质量的关键指标，代表种子在各种田间条件下快速、均匀出苗和正常生长的综合潜力。大豆作为高油高蛋白作物，种皮组织较薄且疏松，在收获及贮藏期间易老化导致种子活力下降，播种时导致萌发率降低，出苗不齐，影响大豆产量和品质，造成大豆生产的损失。因此，挖掘种子活力关键调控基因，深入解析大豆种子活力的分子调控机制对于通过现代育种手段培育高活力大豆新品种、保障国家粮食安全具有重大战略意义。
前期，本实验室通过全基因组关联分析及转录组数据，筛选到一个与大豆种子活力显著相关的候选基因GmDNAJ。GmDNAJ属于DNAJ/HSP蛋白家族，该家族成员作为分子伴侣，广泛参与植物的胁迫响应、蛋白质折叠与降解等关键生物学过程。然而，GmDNAJ基因在大豆种子活力调控中的具体功能及其分子机制尚不明确。本研究旨在利用分子生物学手段，系统鉴定GmDNAJ的生物学功能，为阐明大豆种子活力的分子调控网络提供新的理论依据，并为大豆遗传改良提供宝贵的基因资源。
二、研究目标：
1.探究GmDNAJ基因在不同活力水平的大豆种子及萌发过程中的表达规律。
2.确定GmDNAJ蛋白在烟草叶片细胞中的亚细胞定位，推测其功能。
3.明确GmDNAJ基因对大豆种子活力的正向或负向调控作用。
4.筛选GmDNAJ蛋白的互作蛋白，初步探索其可能参与的分子通路。
三、研究内容：
1.生物信息学与表达模式分析：
利用生物信息学数据库分析GmDNAJ的基因结构、保守结构域及系统进化关系。采集不同活力水平的大豆品种在高温高湿老化处理后的种子样品。通过实时荧光定量PCR技术，检测GmDNAJ基因在不同样品中的表达水平，分析GmDNAJ基因在活力差异材料间的表达模式。
2.亚细胞定位研究：
构建GmDNAJ与绿色荧光蛋白的融合表达载体，通过农杆菌介导的瞬时转化法将其导入本氏烟草叶片表皮细胞。利用激光共聚焦显微镜观察荧光信号，确定GmDNAJ蛋白在细胞中的具体表达位置（如细胞质、细胞核、细胞膜、内质网等）。
3.基因功能验证：
构建GmDNAJ的过表达和基因编辑载体，通过转基因及基因编辑技术获得GmDNAJ过表达和基因敲除的大豆材料，在人工加速老化条件下，系统测定转基因大豆种子的活力相关性状，例如萌发率、萌发势、萌发指数、根长及生理指标（如电解质渗漏率、丙二醛含量、抗氧化酶活性等），从而明确该基因的调控功能。
4.分子机制初探：
以GmDNAJ蛋白为“诱饵”，构建酵母双杂交诱饵载体。筛选大豆抗逆cDNA文库，寻找与之相互作用的蛋白质。对筛选到的阳性克隆进行测序和生物信息学分析，初步推断GmDNAJ可能参与的生物学通路。
四、预期成果：
1.明确GmDNAJ基因的表达特性、亚细胞定位及对大豆种子活力的调控功能。
2.获得GmDNAJ基因的过表达及基因编辑株系。
3.获得GmDNAJ的互作蛋白，为后续深入解析机制指明方向。
4.形成1份完整的研究报告，撰写1篇高水平论文。
招募成员要求
1.专业背景为植物实验或生物育种实验班优先。
2.英语成绩通过CET6或雅思成绩6分以上或托福成绩80分以上。
3.具有一定的分子生物学、分子遗传学、生物化学及生物信息学实验基础。
4.每周至少有15个小时进行实验研究。