棉花(Gossypium spp.)是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物,棉纖維是紡織工業(yè)重要的原材料。棉花基因組序列信息的公布為鑒定棉花高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等性狀的基因和解析其抗逆、抗病機(jī)理提供了重要資料,也為選(培)育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆、抗病的棉花新品種奠定了基礎(chǔ)。擴(kuò)展蛋白(Expansin)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞壁伸展蛋白,它能夠在酸性條件下,斷裂纖維素微纖絲之間及其與木葡聚糖之間的氫鍵,誘導(dǎo)細(xì)胞壁發(fā)生不可逆的伸展,從而促使植物細(xì)胞增大。在擬南芥等模式植物中擴(kuò)展蛋白家族基因的解析已經(jīng)取得重大的進(jìn)展,但是在棉花等植物中的研究卻寥寥無幾。所以,本研究通過生物信息學(xué)手段鑒定棉花基因組中擴(kuò)展蛋白基因家族的成員,通過系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建和共線性分析等方法對(duì)擴(kuò)展蛋白基因家族成員的親緣關(guān)系與進(jìn)化過程進(jìn)行全面挖掘,并通過microArray數(shù)據(jù)、RNA-seq數(shù)據(jù)研究擴(kuò)展蛋白基因在棉花纖維發(fā)育的不同時(shí)期、以及棉花植株的不同組織中的表達(dá)情況,以鑒定纖維發(fā)育相關(guān)的擴(kuò)展蛋白家族成員。獲得的主要結(jié)果如下:1.棉花擴(kuò)展蛋白家族基因的鑒定在二倍體雷蒙德氏棉基因組及四倍體陸地棉基因組中,分別鑒定出39個(gè)和72個(gè)擴(kuò)展蛋白基因。與擬南芥、水稻的擴(kuò)展蛋白基因一起,進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹分析,將所鑒定的擴(kuò)展蛋白基因歸屬到4個(gè)亞家族,然后根據(jù)它們?cè)谌旧w上的位置對(duì)其進(jìn)行命名。雷蒙德氏棉基因組中含26個(gè)EXPA基因,4個(gè)EXPB基因,3個(gè)EXLA基因和6個(gè)EXLB基因;陸地棉基因組中含46個(gè)EXPA基因,8個(gè)EXPB基因,6個(gè)EXLA基因和12個(gè)EXLB基因。亞家族間擴(kuò)展蛋白基因具有相對(duì)多樣化的基因結(jié)構(gòu)(外顯子-內(nèi)含子結(jié)構(gòu))。2.染色體大片段倍增和串聯(lián)重復(fù)對(duì)擴(kuò)展蛋白基因家族的擴(kuò)張發(fā)揮決定性作用擴(kuò)展蛋白家族成員在二倍體雷蒙德氏棉染色體上的分布和基因間的共線性分析顯示,雷蒙德氏棉擴(kuò)展蛋白家族的多數(shù)成員都與串聯(lián)重復(fù)或大片段染色體倍增相關(guān),說明大片段染色體倍增與串聯(lián)重復(fù)對(duì)雷蒙德氏棉擴(kuò)展蛋白基因家族的擴(kuò)張發(fā)揮重要作用。研究顯示,擴(kuò)展蛋白家族基因在雷蒙德氏棉的進(jìn)化史中經(jīng)歷了3次擴(kuò)張;擴(kuò)張后純化選擇占主導(dǎo)地位。在四倍體陸地棉中,擴(kuò)展蛋白基因家族的擴(kuò)張除了跟大片段倍增或者串聯(lián)重復(fù)有關(guān)外,還與染色體組倍性的升高有關(guān),染色體組倍性的升高導(dǎo)致擴(kuò)展蛋白基因家族成員數(shù)量的加倍(相對(duì)于二倍體;當(dāng)然,其中存在少數(shù)擴(kuò)展蛋白基因丟失和去功能化)。3.棉花和擬南芥的多數(shù)擴(kuò)展蛋白基因都位于2個(gè)物種染色體的共線性區(qū)域棉花和擬南芥染色體的共線性分析發(fā)現(xiàn),多數(shù)擴(kuò)展蛋白成員處于兩者的共線性區(qū)域中,顯示棉花的擴(kuò)展蛋白基因與擬南芥中共線性的這些基因來自共同的祖先。多數(shù)擴(kuò)展蛋白基因的功能在擬南芥中已詮釋清楚,所以依據(jù)擬南芥中擴(kuò)展蛋白基因的研究結(jié)果可以推測(cè)棉花中對(duì)應(yīng)基因(collinearity orthologos)的功能,為進(jìn)一步的功能研究提供信息。4.雷蒙德氏棉擴(kuò)展蛋白家族基因的表達(dá)譜分析比較雷蒙德氏棉纖維發(fā)育不同時(shí)期及葉片、花瓣的深度測(cè)序和基因芯片表達(dá)譜,發(fā)現(xiàn)大部分?jǐn)U展蛋白基因參與了雷蒙德氏棉纖維、葉片和花瓣的生長(zhǎng)發(fā)育,在不同的時(shí)空范圍內(nèi)顯示出不同的表達(dá)豐度。GrEXLA1、GrEXLA2和GrEXPA16在花瓣中優(yōu)勢(shì)表達(dá),GrEXPA23和Gr EXPA24在葉片中表達(dá)水平較高,推測(cè)這些基因分別參與了花瓣和葉片的發(fā)育進(jìn)程;其余的擴(kuò)展蛋白基因,在纖維的不同發(fā)育階段,表現(xiàn)出不同的表達(dá)豐度,暗示著它們與纖維的品質(zhì)和產(chǎn)量有一定的關(guān)系。5.陸地棉擴(kuò)展蛋白家族基因參與了包括纖維發(fā)育在內(nèi)的一系列的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程深度測(cè)序(RNA-seq)數(shù)據(jù)表明,在不同的時(shí)空條件下,分別有不同的擴(kuò)展蛋白基因,其表達(dá)量顯著上升。GhEXPA07和GhEXLB11在根中高量表達(dá),GhEXPA26和GhEXLB01在莖中高量表達(dá),GhEXPA24在嫩葉中高量表達(dá),GhEXPA18在0 dpa的胚中高量表達(dá)。這些具有時(shí)空表達(dá)特異性的擴(kuò)展蛋白基因,對(duì)相應(yīng)時(shí)空條件下的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程具有重要作用。特別地,GhEXPA14和GhEXPA36在開花后10-20天的胚/纖維中超高量表達(dá),且其直系同源基因GrEXPA19在雷蒙德氏棉的20 dpa前的胚中也高量表達(dá),推測(cè)它們可能是控制纖維品質(zhì)的重要基因。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S562
【部分圖文】：

圖 1-1 陸地棉與亞洲棉和雷蒙德氏棉之間基因組的關(guān)系維是由開花前后的胚珠表皮細(xì)胞經(jīng)分化、突起、極性伸長(zhǎng)和次生細(xì)胞育形成的（圖 1-2）。棉纖維是植物界合成纖維素最多、伸長(zhǎng)最快和跨，所以它成為研究植物纖維素合成、細(xì)胞壁形成和細(xì)胞分化伸長(zhǎng)的重，2016; Mansoor and Paterson, 2012)。

圖 1-2 棉花纖維生長(zhǎng)發(fā)育模式圖【引自 Haigler et al., Front Plant Sci. 2發(fā)育機(jī)制研究進(jìn)展單細(xì)胞結(jié)構(gòu)的種子表皮毛，起始于胚珠表皮的單個(gè)細(xì)胞，其發(fā)育同步，最終發(fā)育成成熟的棉纖維。棉纖維的發(fā)育可劃分

圖 1-3 擬南芥擴(kuò)展蛋白系統(tǒng)進(jìn)化樹分析.2.3 擴(kuò)展蛋白基因的進(jìn)化植物中存在分泌蛋白，僅與擴(kuò)展蛋白的 Domain1 或 Domain2 有同源區(qū)域。Grou粉過敏原蛋白與 EXPB 氨基酸序列存在 35%-45%相似性，含有與 Domain2 相似的域和具分泌功能的信號(hào)肽，它們似乎是由截短的 EXPB 進(jìn)化而來(Sampedro a

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2832164