本文關(guān)鍵詞：胡楊Vps37基因家族進(jìn)化分析及功能分化

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【摘要】：基因家族為生物進(jìn)化提供了最基本的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ),基因家族不同拷貝的功能分化,是生物適應(yīng)性進(jìn)化的主要驅(qū)動力之一。Vps37是真核生物中特有的ESCRT復(fù)合物(胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)分選復(fù)合體)的重要組成蛋白,不僅參與了植物重要的生長發(fā)育過程,在植物鹽脅迫等抗逆過程中起重要的作用。胡楊是重要的荒漠樹種,具有很強(qiáng)的耐鹽、耐旱、抗風(fēng)沙等能力,是研究樹木抗逆機(jī)理的主要模式樹種之一。本研究中,通過系統(tǒng)發(fā)育分析方法研究胡楊Vps37基因家族的進(jìn)化,以及通過植物轉(zhuǎn)基因方法檢測不同拷貝間可能存在的功能分化,得到如下結(jié)果:1)根據(jù)功能domain區(qū)與基序motif的分布及分子克隆技術(shù)的驗證,證實胡楊Vps37基因家族有兩個拷貝:PeVps37-1與PeVps37-2。氨基酸序列分析表明,胡楊兩個基因均有一個Vps37基因家族特有的保守的Mod-r domain。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn),PeVps37-2具有較快的進(jìn)化速率,受到了強(qiáng)烈正選擇(dN/dS1),表明兩個旁系同源基因間很可能發(fā)生了功能分化,胡楊PeVps37-2可能經(jīng)歷了潛在的適應(yīng)性進(jìn)化,這很可能對胡楊響應(yīng)脅迫環(huán)境起關(guān)鍵作用。2)胡楊PeVps37-1與PeVps37-2在鹽脅迫下,其表達(dá)模式發(fā)生了顯著的分化。PeVps37-1與PeVps37-2主要在根、木質(zhì)部、韌皮部中表達(dá),在葉片中表達(dá)量較少,PeVps37-2在根、木質(zhì)部中的表達(dá)量明顯高于PeVps37-1。然而,當(dāng)不同NaCl脅迫后,葉片組織中,PeVps37-1與PeVps37-2的表達(dá)量均顯著升高;但在其他組織中卻無明顯的變化。亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)PeVps37-1與PeVps37-2均定位在細(xì)胞膜與細(xì)胞間質(zhì)中。推測Vps37亞基協(xié)助ESCRT-Ⅰ復(fù)合物結(jié)合于質(zhì)膜上,進(jìn)而招募下游ESCRT-Ⅱ復(fù)合體,共同誘導(dǎo)內(nèi)體膜生成初始芽體,進(jìn)而在細(xì)胞間質(zhì)中完成ESCRT復(fù)合體系統(tǒng)進(jìn)行多囊泡體MVBs途徑的功能。3)PeVps37-2轉(zhuǎn)基因擬南芥在NaCl脅迫下長勢和萌發(fā)率均優(yōu)于Col-0與PeVps37-1轉(zhuǎn)基因擬南芥,且在擬南芥致死濃度即200mMNaCl脅迫下仍然萌發(fā)率超過75%。在NaCl脅迫下觀察根長發(fā)現(xiàn)PeVps37-2轉(zhuǎn)基因擬南芥根長明顯長于Col-0和PeVps37-1轉(zhuǎn)基因擬南芥。說明超表達(dá)PeVps37-2提高了擬南芥抗鹽能力。4)為了進(jìn)一步研究PeVps37的生物學(xué)功能,PeVps37-1遺傳轉(zhuǎn)化入木本植物毛白楊中用潰瘍病致病菌侵染高表達(dá)轉(zhuǎn)基因毛白楊葉片,4~7天后可觀察到毛白楊葉片接種菌斑的部位感病情況。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因毛白楊葉片菌斑是野生型毛白楊的4~5倍,轉(zhuǎn)基因毛白楊更加的感病。綜上所述,胡楊Vps37基因家族兩個成員PeVps37-1與PeVps37-2發(fā)生了明顯的功能分化,PeVps37-2經(jīng)歷了適應(yīng)性進(jìn)化,其超表達(dá)有助于植物提高對鹽脅迫的抗性。
【關(guān)鍵詞】：胡楊 基因家族 Vps37 進(jìn)化分析 抗鹽性 功能分化
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S792.11
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-21
• 1.1 基因家族10-14
• 1.1.1 基因家族的形成10-11
• 1.1.2 基因家族的進(jìn)化11-13
• 1.1.3 基因家族功能分化對物種分化的意義13-14
• 1.2 空泡蛋白分選（Vps）基因家族14-17
• 1.2.1 空泡蛋白分選家族14
• 1.2.2 ESCRT復(fù)合物系統(tǒng)的研究進(jìn)展14-17
• 1.3 胡楊的基本特性及研究意義17-19
• 1.3.1 胡楊的基本特性17-18
• 1.3.2 楊樹的生物與非生物脅迫18-19
• 1.3.3 楊樹基因工程19
• 1.4 本研究的主要目的及意義19-21
• 第二章 材料與方法21-42
• 2.1 材料21-24
• 2.1.1 植物材料21
• 2.1.2 菌種與質(zhì)粒21
• 2.1.3 菌種與質(zhì)粒21-22
• 2.1.4 抗生素與激素的配制22
• 2.1.5 培養(yǎng)基的配制22-23
• 2.1.6 質(zhì)粒提取自配試劑23
• 2.1.7 CTAB法提取RNA試劑23-24
• 2.1.8 其它試劑24
• 2.2 實驗方法24-42
• 2.2.1 進(jìn)化分析24-25
• 2.2.2 引物設(shè)計25-26
• 2.2.3 植物表達(dá)載體的構(gòu)建26-36
• 2.2.4 毛白楊的遺傳轉(zhuǎn)化36-37
• 2.2.5 轉(zhuǎn)基因楊樹的鑒定37-38
• 2.2.6 擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化38-39
• 2.2.7 轉(zhuǎn)基因擬南芥的篩選39
• 2.2.8 亞細(xì)胞定位39-40
• 2.2.9 鹽處理胡楊扦插幼苗40
• 2.2.10 熒光定量40-41
• 2.2.11 鹽處理轉(zhuǎn)基因擬南芥41-42
• 第三章 結(jié)果分析42-54
• 3.1 PeVps37基因家族的生物信息學(xué)分析42-45
• 3.1.1 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析42
• 3.1.2 PeVps37基因家族的序列比對42-43
• 3.1.3 PeVps37基因結(jié)構(gòu)分析43
• 3.1.4 預(yù)測PeVps37的蛋白三級結(jié)構(gòu)43-44
• 3.1.5 系統(tǒng)發(fā)育分析及選擇壓力檢測44-45
• 3.1.6 通過PAML軟件計算選擇45
• 3.2 PeVps37基因家族的功能驗證45-54
• 3.2.1 鹽處理下胡楊Vps37基因家族的時空表達(dá)分析45-46
• 3.2.2 亞細(xì)胞定位46-47
• 3.2.3 遺傳轉(zhuǎn)化擬南芥47-48
• 3.2.4 35S::PeVps37-1 與 35S::PeVps37-2 轉(zhuǎn)基因擬南芥NaCl脅迫實驗48-50
• 3.2.5 NaCl脅迫下根長的測定50
• 3.2.6 遺傳轉(zhuǎn)化毛白楊及轉(zhuǎn)基因植株的獲得50-52
• 3.2.7 潰瘍病侵染轉(zhuǎn)基因毛白楊52-54
• 第四章 討論54-57
• 4.1 植物Vps37基因家族進(jìn)化歷史54
• 4.2 胡楊Vps37基因家族的適應(yīng)性進(jìn)化54-55
• 4.3 胡楊Vps37基因功能分化55-57
• 4.3.1 鹽脅迫下胡楊Vps37基因家族的時空表達(dá)分析55
• 4.3.2 亞細(xì)胞定位55
• 4.3.3 超表達(dá)轉(zhuǎn)PeVps37基因擬南芥55
• 4.3.4 超表達(dá)轉(zhuǎn)PeVps37基因毛白楊感病分析55-57
• 第五章 結(jié)論與展望57-58
• 5.1 主要結(jié)論57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-66
• 在學(xué)期間的研究成果66-67
• 致謝67

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 安新民,張上隆,徐昌杰;柑桔轉(zhuǎn)化酶基因家族新成員的克隆和序列分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)科學(xué)版);2003年01期

2 牛艷梅;沈文濤;周鵬;;Expansin超級家族的進(jìn)化與命名[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2007年08期

3 魏云虎;張煜s，

本文編號：657804