發(fā)布時間：2018-03-05 03:26

  本文選題：甘蔗　切入點：SWEET　出處：《福建農林大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：甘蔗(Saccharumspp.)是全世界食糖和工業(yè)用糖的主要來源,也是重要的生物質能源材料。甘蔗成熟莖桿的汁液中包含18%左右的蔗糖,而糖分轉運蛋白是糖分在其轉運和代謝途徑中最為核心的功能蛋白,了解這些與甘蔗糖分轉運相關的蛋白的功能,對理解其糖分積累機制及甘蔗品質的分子改良具有重要的意義。SWEET(Sugars Will Eventually be Exported Transporters)是一類新近發(fā)現(xiàn)的廣泛存在于從古細菌到高等動植物基因組中的糖分轉運蛋白家族,該類蛋白在諸如植株發(fā)育、生殖生長以及植物與致病菌互作等生物學過程中發(fā)揮重要作用。本研究利用比較基因組學鑒定出甘蔗SWEET基因家族成員,構建系統(tǒng)進化樹揭示其演化關系,利用轉錄組測序手段分析不同基因的表達模式,并在異源酵母中驗證部分基因的功能,以期為甘蔗的分子育種提供依據(jù)。主要研究結果如下:(1)以高粱SWEET基因為參考,通過比較基因組學從高覆蓋度的甘蔗割手密(Saccharum spontaneum,Ss)BAC 文庫中鑒定出 2個S2 E 基因。這 22個基因均具有開放閱讀框(open reading frames,ORFs)。所有甘蔗SWEET蛋白均含有2個MtN3/saliva結構域。氨基酸序列比對發(fā)現(xiàn),不同成員之間相似性在27～95%之間,平均為31%。高粱與甘蔗直系同源SWEET基因對之間的Ka/Ks值均小于1,除了Sb03g003480/SsSWEET4d,其余直系同源基因對的Ka/Ks均小于0.5,說明SWEET基因受到了較強烈的純化選擇作用。(2)利用雙子葉植物擬南芥、蒺藜苜蓿、楊樹、葡萄,單子葉植物水稻、玉米、高粱、菠蘿、甘蔗,無油樟(被子植物基部)以及衣藻(作為外類群)的SWEET蛋白序列構建系統(tǒng)進化樹,進化樹主要分為四個分支。單雙子葉植物中SWEET基因拷貝數(shù)均較無油樟多,表明SWEET基因家族在單雙子葉植物世系均發(fā)生了擴增。進化樹可進一步分為10個雙子葉亞家族(以E開頭)和16個單子葉亞家族(以M開頭)。除了 E11-14,其余雙子葉亞家族均含有來自四種雙子葉植物的SWEET基因,而16個單子葉亞家族只有5個包含所有單子葉物種SWEET基因,說明這些亞家族的祖先SWEET基因在各自單雙子葉植物祖先中就已經(jīng)存在,且SWEET基因在單子葉植物世系中的演化更多樣。此外,在M2b、M11、M13等單子葉亞家族中,不含有菠蘿的SWEET基因,說明這些亞家族的祖先SWEET基因可能起源于鳳梨科從禾本目分化出來之后,泛禾本植物的ρ全基因組復制事件之前。由進化樹可知,SsSWEET12、-16a、-16b在單子葉植物祖先中可能就存在。SsSWEET1a/SsSWEET1b、SsSWEET2a/SsSWEET2b 及 SsSWEET3a/SsSWEET3b 這三對基因可能產(chǎn)生于單子葉植物在鳳梨科從禾本目分離后的復制事件。SsWEET13a、-13b、-13c和SsSWEET4aW-4b、-4c可能源于黍亞科植物祖先的基因復制事件�；蚪Y構模型分析可知,被子植物祖先SWEET基因可能具有6個或者5個外顯子。而SsSWEET基因的外顯子大小保守,基因長度的變異主要是由內含子的插入或者缺失引起。(3)SWET基因在甘蔗不同生長時期的轉錄組表達譜表明,SWEET1b和SWEET2b在三個原始種甘蔗苗期和成熟期葉片中高表達;而SWEET4a和SWEET4b在靠近莖尖的莖節(jié)中的表達量遠高于葉片。表明前兩者在源組織葉片可能負責糖分韌皮部的轉載,而后兩者在糖分從源到庫的中轉過程中發(fā)揮作用。SWEET13a、-13b、-13c在苗期葉片高豐度表達;在成熟期的莖節(jié)越靠近根部,表達水平越高。說明這三者可能不僅參與幼苗的發(fā)育,還與甘蔗莖稈成熟有關,影響甘蔗品質。甘蔗割手密苗期發(fā)育葉片不同葉段的轉錄組數(shù)據(jù)顯示,在發(fā)育葉片的基部,SWEET基因家族中SWEET4a、SWEET4b以及SWEET11a的表達占主導地位,暗示這些基因與DNA、細胞壁合成及細胞周期調節(jié)等初生代謝活動有關;在源庫過渡區(qū),SWEET16b和SWEET1a的高表達可能影響木質素和軟木脂生成以及次級細胞壁生物合成等建立光合作用裝置的代謝反應;而葉尖部SWEET13a的轉錄本水平富集,說明其與葉片光合作用裝置(包括酶、光系統(tǒng)和葉綠體)的運作可能高度相關。(4)酵母生長互補實驗表明:SsSWEET1、SsSWEET4a以及SoSWEET4a、SoSWEET4b(Saccharum offficinarum,So)能夠轉運葡萄糖、果糖及蔗糖;而SsSWEET11a和SoSWEET13a對葡萄糖、果糖和蔗糖沒有轉運活性。(5)鑒定出 AtSWEET1、AtSWWEET2、AtSWEET8、AtSWEET11、AtSWEET12、AtSWEET13的純合T-DNA插入突變體。除ASWEET8(已有文獻報道其功能)的突變體植株果莢變短外,其余基因的擬南芥突變體表型與野生型基本無差異,說明不同AtSWEET基因之間存在功能冗余。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：福建農林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q943.2;S566.1

【參考文獻】

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本文編號：1568552