蒺藜苜蓿赤霉素合成基因MtGA3ox1生物學功能解析
發(fā)布時間：2021-06-29 02:05
隨著基因組測序的完成,蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）已經(jīng)成為研究豆科植物基因功能的模式植物。本研究通過正向遺傳學和反向遺傳學篩選鑒定得到3個蒺藜苜蓿赤霉素合成基因MtGA3xo1突變體株系,并對其進行分子鑒定和功能解析。利用蛋白質(zhì)組學和代謝組學技術(shù),挖掘赤霉素及其合成基因MtGA3xo1潛在的分子調(diào)控機制,并對赤霉素調(diào)控下游通路進行分析,為探究赤霉素在豆科植物中的作用提供新思路。主要結(jié)果如下:通過對突變體株系側(cè)翼序列分析表明,Tnt1轉(zhuǎn)座子分別插入于MTR2g102570基因的第一個外顯子距離起始密碼子149bp（NF13294）、416bp（NF18131）處,以及距離第一個外顯子末端16bp處（NF12434）。MTR2g102570基因?qū)儆贕A3oxs家族,負責編碼MtGA3ox1,主要參與GA1及GA4的合成。高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測發(fā)現(xiàn)ga3ox1突變體的GA3、GA4含量顯著低于野生型R108。ga3ox1突變體的根長、葉柄長、地上部分生物量以及葉片和葉柄細胞大小等指標均低于R108,而葉綠素含量（葉綠素a、葉...
【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學院北京市
【文章頁數(shù)】：120 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
赤霉素生物合成途徑（右）和赤霉素轉(zhuǎn)運（左）(Binenbaumetal.,2018)
中國農(nóng)業(yè)科學院博士學位論文第二章蒺藜苜蓿矮化突變體表型分析及突變基因鑒定31圖2.1ga3ox1突變體篩選鑒定（a）ga3ox1突變體矮化表型；（b）Tnt1插入GA3ox1基因在三個突變體株系（ga3ox1-1(NF18131),ga3ox1-2(NF13294),ga3ox1-3(NF12434)）中的位置示意圖；（c）RT-PCR驗證；（d）進化樹分析Figure2.1Screeningandidentificationofga3ox1mutants(a)Phenotypesofga3ox1nullmutants.ga3ox1mutantdisplayadwarfphenotype.(b)PositionofTnt1insertionsintheGA3ox1geneinthemutantlinesga3ox1-1(NF18131),ga3ox1-2(NF13294),ga3ox1-3(NF12434).Grayboxesindicate5’UTRand3’UTR,respectively.Darkboxesindicateexons,andthelineindicatestheintron.(c)RT-PCRforGA3ox1inleavesofR108andthreega3ox1mutantlines.Actinwasusedasareferencegene.(d)Phylogenetictreeanalysis.ProteinsequenceswereobtainedfromGenBank.Thephylogenetictreewasconstructedbytheneighbor-joiningmethodwith1000bootstrapreplicatesbythesoftwareMEGA7.0(http://www.megasoftware.net/).Numbersindicateconfidencepercentages.2.2.2ga3ox1突變體表型分析為了進一步對R108生態(tài)型以及ga3ox1突變體的表型進行分析，將萌發(fā)后的幼苗移入1/2霍格蘭營養(yǎng)液中，水培一個月后對其表型進行觀察，并對相關(guān)形態(tài)指標進行測定。結(jié)果表明，R108生態(tài)型根系顯著長于ga3ox1突變體根系，平均長度為28.2cm。而與之相對應(yīng)的是ga3ox1突變體根系平均長度為21.85cm（圖2.2d）。此外，在葉柄長度上，R108的葉柄長顯著高于ga3ox1突變體的葉柄長，ga3ox1突變體的葉柄長度只有R108葉柄長度的三分之一（圖2.2c）。
中國農(nóng)業(yè)科學院博士學位論文第二章蒺藜苜蓿矮化突變體表型分析及突變基因鑒定32圖2.2R108生態(tài)型與ga3ox1突變體表型鑒定（a-b）萌發(fā)后水培1個月的R108及ga3ox1；（c-d）R108及ga3ox1的根系及葉柄長度Figure2.2PhenotypeidentificationofR108ecotypeandga3ox1mutant(a-b)R108andga3ox1mutantinhydroponicculture1monthaftergermination.(c-d)rootandpetiolelengthofR108andga3ox1.*p<0.05,and**p<0.01byDuncantest.2.2.3ga3ox1突變體種皮顏色與類黃酮含量除了在株型發(fā)育存在顯著差異之外，與R108相比，ga3ox1突變體的種皮顏色明顯加深（圖2.3a）。研究表明，種皮顏色主要與類黃酮的生物合成相關(guān)(Yangetal.,2010;崔麗娜etal.,2010)�；谥暗难芯繄蟮�，對兩種材料種子進行了類黃酮含量測定。結(jié)果表明，R108種子中類黃酮的含量為5.2mg/g，而在ga3ox1突變體中，種子類黃酮含量得到了顯著的增加，為10.8mg/g（圖2.3b）。與R108相比，ga3ox1突變體種子中類黃酮含量增加了一倍。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]植物矮化突變體的來源及矮化機理研究進展[J]. 白麗君,尹淑霞. 生物技術(shù)通報. 2014(06)
[2]大豆種皮色相關(guān)基因研究進展[J]. 宋健,郭勇,于麗杰,邱麗娟. 遺傳. 2012(06)
[3]不同基因型玉米籽粒類胡蘿卜素與花色苷色素積累規(guī)律[J]. 崔麗娜,高榮岐,孫愛清,董樹亭,張華永. 作物學報. 2010(05)
[4]蒺藜苜蓿SSR反應(yīng)體系優(yōu)化及在一年生苜蓿種質(zhì)鑒定中的應(yīng)用[J]. 張麗芳,魏臻武,楊占花. 草地學報. 2007(05)
[5]豆科模式植物——蒺藜苜蓿[J]. 陳愛民,連瑞麗,孫杰,王彥章. 植物生理學通訊. 2006(05)
博士論文
[1]紫花苜蓿鹽脅迫下差異蛋白篩選及功能分析[D]. 高燕麗.中國農(nóng)業(yè)科學院 2019
[2]北京鴨腿部出血癥發(fā)病原因和機制研究[D]. 張亞茹.中國農(nóng)業(yè)大學 2018
本文編號：3255497
【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學院北京市
【文章頁數(shù)】：120 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
赤霉素生物合成途徑（右）和赤霉素轉(zhuǎn)運（左）(Binenbaumetal.,2018)
中國農(nóng)業(yè)科學院博士學位論文第二章蒺藜苜蓿矮化突變體表型分析及突變基因鑒定31圖2.1ga3ox1突變體篩選鑒定（a）ga3ox1突變體矮化表型；（b）Tnt1插入GA3ox1基因在三個突變體株系（ga3ox1-1(NF18131),ga3ox1-2(NF13294),ga3ox1-3(NF12434)）中的位置示意圖；（c）RT-PCR驗證；（d）進化樹分析Figure2.1Screeningandidentificationofga3ox1mutants(a)Phenotypesofga3ox1nullmutants.ga3ox1mutantdisplayadwarfphenotype.(b)PositionofTnt1insertionsintheGA3ox1geneinthemutantlinesga3ox1-1(NF18131),ga3ox1-2(NF13294),ga3ox1-3(NF12434).Grayboxesindicate5’UTRand3’UTR,respectively.Darkboxesindicateexons,andthelineindicatestheintron.(c)RT-PCRforGA3ox1inleavesofR108andthreega3ox1mutantlines.Actinwasusedasareferencegene.(d)Phylogenetictreeanalysis.ProteinsequenceswereobtainedfromGenBank.Thephylogenetictreewasconstructedbytheneighbor-joiningmethodwith1000bootstrapreplicatesbythesoftwareMEGA7.0(http://www.megasoftware.net/).Numbersindicateconfidencepercentages.2.2.2ga3ox1突變體表型分析為了進一步對R108生態(tài)型以及ga3ox1突變體的表型進行分析，將萌發(fā)后的幼苗移入1/2霍格蘭營養(yǎng)液中，水培一個月后對其表型進行觀察，并對相關(guān)形態(tài)指標進行測定。結(jié)果表明，R108生態(tài)型根系顯著長于ga3ox1突變體根系，平均長度為28.2cm。而與之相對應(yīng)的是ga3ox1突變體根系平均長度為21.85cm（圖2.2d）。此外，在葉柄長度上，R108的葉柄長顯著高于ga3ox1突變體的葉柄長，ga3ox1突變體的葉柄長度只有R108葉柄長度的三分之一（圖2.2c）。
中國農(nóng)業(yè)科學院博士學位論文第二章蒺藜苜蓿矮化突變體表型分析及突變基因鑒定32圖2.2R108生態(tài)型與ga3ox1突變體表型鑒定（a-b）萌發(fā)后水培1個月的R108及ga3ox1；（c-d）R108及ga3ox1的根系及葉柄長度Figure2.2PhenotypeidentificationofR108ecotypeandga3ox1mutant(a-b)R108andga3ox1mutantinhydroponicculture1monthaftergermination.(c-d)rootandpetiolelengthofR108andga3ox1.*p<0.05,and**p<0.01byDuncantest.2.2.3ga3ox1突變體種皮顏色與類黃酮含量除了在株型發(fā)育存在顯著差異之外，與R108相比，ga3ox1突變體的種皮顏色明顯加深（圖2.3a）。研究表明，種皮顏色主要與類黃酮的生物合成相關(guān)(Yangetal.,2010;崔麗娜etal.,2010)�；谥暗难芯繄蟮�，對兩種材料種子進行了類黃酮含量測定。結(jié)果表明，R108種子中類黃酮的含量為5.2mg/g，而在ga3ox1突變體中，種子類黃酮含量得到了顯著的增加，為10.8mg/g（圖2.3b）。與R108相比，ga3ox1突變體種子中類黃酮含量增加了一倍。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]植物矮化突變體的來源及矮化機理研究進展[J]. 白麗君,尹淑霞. 生物技術(shù)通報. 2014(06)
[2]大豆種皮色相關(guān)基因研究進展[J]. 宋健,郭勇,于麗杰,邱麗娟. 遺傳. 2012(06)
[3]不同基因型玉米籽粒類胡蘿卜素與花色苷色素積累規(guī)律[J]. 崔麗娜,高榮岐,孫愛清,董樹亭,張華永. 作物學報. 2010(05)
[4]蒺藜苜蓿SSR反應(yīng)體系優(yōu)化及在一年生苜蓿種質(zhì)鑒定中的應(yīng)用[J]. 張麗芳,魏臻武,楊占花. 草地學報. 2007(05)
[5]豆科模式植物——蒺藜苜蓿[J]. 陳愛民,連瑞麗,孫杰,王彥章. 植物生理學通訊. 2006(05)
博士論文
[1]紫花苜蓿鹽脅迫下差異蛋白篩選及功能分析[D]. 高燕麗.中國農(nóng)業(yè)科學院 2019
[2]北京鴨腿部出血癥發(fā)病原因和機制研究[D]. 張亞茹.中國農(nóng)業(yè)大學 2018
本文編號：3255497
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