本文關(guān)鍵詞：甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族基因演化與表達(dá)分析

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【摘要】：植物碳代謝的研究是生態(tài)學(xué)的重要內(nèi)容,為農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。甘蔗是世界上最重要的糖料作物之一,是全球大約80%的蔗糖及40%乙醇的發(fā)酵原料。甘蔗的成熟莖桿的汁液中包含9%-18%蔗糖,而糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是甘蔗糖分的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝途徑中最為核心的功能蛋白,探討甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的基因組學(xué)與基因功能是研究甘蔗蔗糖的積累與高生物量形成的重要基礎(chǔ)。本研究主要是利用比較基因組學(xué)結(jié)合甘蔗割手密的細(xì)菌人工染色體文庫(kù)對(duì)甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的演化和功能展開研究,為甘蔗的分子遺傳育種奠定基礎(chǔ)。主要的結(jié)果如下：(1)運(yùn)用比較基因組學(xué)的手段,利用甘蔗的近緣物種高粱從甘蔗高豐度的割手密種BAC文庫(kù)中鑒定到了55個(gè)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族成員。根據(jù)序列結(jié)構(gòu)特征可以分為9個(gè)基因家族,其中PLT、HXT家族分為15、13個(gè)成員,MST和SUT家族各6個(gè)成員,INT和TMT家族各3個(gè)成員,VGT和pGLcT各1個(gè)成員,SFP家族有7個(gè)成員。(2)用代表性的單雙子葉植物的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的蛋白質(zhì)序列構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹,PLT、SFP.HXT是成員較多的三個(gè)家族,從基因家族演化來(lái)看,SFP、PLT、MST、INT家族均在演化的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)基因家族擴(kuò)張現(xiàn)象。HXT家族的SsHXT13與香蕉的HXT基因在演化關(guān)系上更近,說(shuō)明該基因的演化速率與物種之間的演化速率不同。從基因結(jié)構(gòu)來(lái)看,PLT家族在演化的過(guò)程中可能有基因序列丟失的現(xiàn)象和外顯子融合現(xiàn)象。MST家族中,部分基因(SsMsT2、SsMST6、 SsMST5)可能出現(xiàn)了基因結(jié)構(gòu)擴(kuò)張的現(xiàn)象,另一部分基因可能出現(xiàn)基因結(jié)構(gòu)刪除的現(xiàn)象。蔗糖SUTs家族成員單倍型、基因結(jié)構(gòu)、演化關(guān)系的比較揭示了SsSUT5和SsSUT6是新復(fù)制且正進(jìn)行快速演化的基因,而SsSUT2和SsSUT4是蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族中最為古老的基因。甘蔗SUTs家族中,SsSUT基因內(nèi)含子序列的插入才造成了基因大小的擴(kuò)張。雖然甘蔗為高倍體植物,甘蔗中SsSUT基因家族成員單倍型之間依然具有保守的基因結(jié)構(gòu)和氨基酸序列。對(duì)韌皮部多醇的裝載可能起到了重要的作用。GA、ABA、IAA的脅迫表達(dá)譜說(shuō)明PLT3轉(zhuǎn)運(yùn)多醇可能在抗逆性高的甘蔗中參與了響應(yīng)逆境脅迫。SFP家族的SFP3的表達(dá)可能與甘蔗的衰老相關(guān),而SFP8可能與甘蔗苗期抗逆性有關(guān)。HXT13、HXT12、HXT2、HXT8都是HXT家族高豐度表達(dá)的基因,它們?cè)谒膫�(gè)材料苗期的源組織(葉片)、成熟期的熱帶種和現(xiàn)代栽培種的庫(kù)組織(莖)和源組織(葉)中都高表達(dá),說(shuō)明它們?cè)诟收岬募禾茄b載和卸載過(guò)程起到非常重要的作用。TMTl在TMT家族中演化最快,而且在該家族中的表達(dá)豐度最高,它可能對(duì)甘蔗液泡己糖轉(zhuǎn)運(yùn)起著重要的作用,而TMT2在高抗逆割手密中對(duì)IAA的脅迫表達(dá)下調(diào),說(shuō)明TMT2在響應(yīng)IAA脅迫的途徑中可能起到了負(fù)調(diào)控的作用。MST家族的MST4在四個(gè)材料的各個(gè)時(shí)期均不表達(dá),可能是因?yàn)樵摷易宕嬖诠δ苋哂嗟默F(xiàn)象。MST6是該家族的高表達(dá)基因,可能在甘蔗苗期和成熟期的庫(kù)組織中對(duì)單糖的卸載具有重要的作用,其在不同糖含量的材料中對(duì)GA、ABA等激素的表達(dá)方式不同,說(shuō)明MST6響應(yīng)脅迫的方式可能與糖濃度有關(guān)。INT3在INT家族中表達(dá)最高,它在甘蔗四個(gè)材料的成熟期中高表達(dá),說(shuō)它可能在甘蔗的源組織(葉片)和庫(kù)組織(莖)的韌皮部中對(duì)肌醇的裝載和卸載起到了重要的作用。SUT3在四個(gè)材料的3個(gè)時(shí)期中均沒(méi)有檢測(cè)到其轉(zhuǎn)錄本的存在,說(shuō)明其在SUT家族是活躍度最低的成員,但是由于SUT3具有完整的基因結(jié)構(gòu),所以SUT3不可能是一個(gè)假基因。SUTl和SUT4是SUT家族的主要的成員,然而它們可能在甘蔗的糖分積累過(guò)程中均高豐度表達(dá),說(shuō)明它們之間可能發(fā)生了亞功能化。
【關(guān)鍵詞】：甘蔗 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 基因家族 演化 基因表達(dá)
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S566.1;Q943.2
【目錄】：

• 縮略詞8-9
• 摘要9-11
• Abstract11-14
• 引言14-29
• 1 研究背景14-17
• 1.1 甘蔗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值14
• 1.2 甘蔗的種質(zhì)資源和分類14-15
• 1.3 甘蔗與高粱基因結(jié)構(gòu)的共線性15-17
• 2 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的研究進(jìn)展17-27
• 2.1 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白概述17-18
• 2.2 植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的發(fā)現(xiàn)18-20
• 2.3 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究20-22
• 2.4 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能的研究22-24
• 2.5 植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)節(jié)24-25
• 2.6 植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的研究進(jìn)展25-26
• 2.7 植物蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的研究進(jìn)展26-27
• 3 本研究的目的和意義27-29
• 第一章 甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的鑒定及其演化分析29-65
• 1 材料與試劑29-30
• 1.1 實(shí)驗(yàn)材料29
• 1.2 儀器和試劑29-30
• 2 實(shí)驗(yàn)方法30-31
• 2.1 比較基因組學(xué)方法預(yù)測(cè)甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族30
• 2.2 甘蔗BAC文庫(kù)的測(cè)序30-31
• 2.3 甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的注釋31
• 2.4 糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建31
• 3 結(jié)果與分析31-60
• 3.1 擬南芥、水稻、香蕉、葡萄和高粱糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族31-39
• 3.2 甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的系統(tǒng)發(fā)育分析39-50
• 3.3 甘蔗蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的演化及基因結(jié)構(gòu)分析50-60
• 4 討論60-63
• 4.1 甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的演化60-61
• 4.2 甘蔗蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的演化61-63
• 5 小結(jié)63-65
• 第二章 甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的表達(dá)譜分析65-91
• 1 材料與試劑65-66
• 1.1 植物材料65-66
• 1.2 試劑和儀器66
• 2 實(shí)驗(yàn)方法66-69
• 2.1 甘蔗組織總RNA樣品的提取66-68
• 2.2 甘蔗RNA文庫(kù)68
• 2.3 甘蔗RNA-seq定量分析68-69
• 2.4 qRT-PCR驗(yàn)證甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的表達(dá)譜69
• 3 結(jié)果與分析69-84
• 3.1 甘蔗總RNA提取及質(zhì)量檢測(cè)69-70
• 3.2 甘蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因超家族的共表達(dá)分析70-84
• 4 討論84-89
• 4.1 甘蔗PLT家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式84-85
• 4.2 甘蔗SFP家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式85
• 4.3 甘蔗HXT家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式85-86
• 4.4 甘蔗TMT家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式86
• 4.5 甘蔗MST家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式86-87
• 4.6 甘蔗INT家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式87-88
• 4.7 甘蔗VGT家族和pGlcT生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式88
• 4.8 甘蔗SUT家族生長(zhǎng)時(shí)期及響應(yīng)激素脅迫的表達(dá)模式88-89
• 5 小結(jié)89-91
• 結(jié)論91-93
• 參考文獻(xiàn)93-106
• 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目與主要成果106-107
• 致謝107

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本文編號(hào)：639014