本文關(guān)鍵詞：甘蔗中蔗糖代謝途徑關(guān)鍵基因和糖轉(zhuǎn)運蛋白的系統(tǒng)發(fā)育研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2013年

甘蔗中蔗糖代謝途徑關(guān)鍵基因和糖轉(zhuǎn)運蛋白的系統(tǒng)發(fā)育研究

朱琳  

【摘要】：甘蔗是一個原產(chǎn)于熱帶或亞熱帶地區(qū)，大型的多年生植物。每年世界上總產(chǎn)量80%和40%的蔗糖和乙醇原料均來自于甘蔗。能源蔗也被視為第一代可替代生產(chǎn)乙醇燃料的能源作物。因此提高甘蔗糖分的研究是甘蔗育種的核心方向。 甘蔗現(xiàn)代栽培品種基因組巨大，是異源非整倍體，為迄今人類馴化作物中最為復(fù)雜的基因組。甘蔗基因組的復(fù)雜性使這一世界最重要的糖能作物的基因組測序依然無法在短期內(nèi)開始啟動。因此，長期以來，甘蔗中最基本的生產(chǎn)功能糖分代謝基因與糖轉(zhuǎn)運蛋白一直是人們重點的研究方向，但未知的全基因組信息使前期研究只限探討個別相關(guān)基因成員。近年，與甘蔗近緣的高粱完成了全基因組測序，為甘蔗的精確比較基因組研究提供了可能；與此同時，以Illumina和羅氏公司為代表的高能量二代測序技術(shù)也為復(fù)雜基因組植物測序提供平臺。 本研究是基于比較基因組學(xué)和二代測序技術(shù)平臺上，對甘蔗糖分代謝與轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因進行甘蔗主要品種間基因進化關(guān)系的比較和表達分析，旨在揭示不同甘蔗品種中糖分代謝與積累的機制以及為甘蔗高糖基因工程育種奠定最基礎(chǔ)性的分子生物學(xué)工作。主要研究內(nèi)容如下： 1）本研究通過與擬南芥、高梁、水稻等植物的比較基因組研究分析，結(jié)合基于RNA-seq的EST測序和實驗驗證，通過同源克隆的方法，鑒定得到甘蔗的糖分代謝重要家族PFK和FRK分別含有10個和4個基因，以及糖分轉(zhuǎn)運蛋白中分布在8個家族的共52個基因成員。 2）對獲得的甘蔗中糖分代謝關(guān)鍵基因和糖轉(zhuǎn)運蛋白在品種進化以及推演產(chǎn)物的分子特征方面進行探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單子葉與雙子葉植物中所含有的FRK、PFK和糖轉(zhuǎn)運蛋白基因的數(shù)量存在明顯差異。對PFK家族基因在單、雙子葉進化分析中得知，基因共分為三個亞家族，subfamilyⅠ、 subfamilyⅡ和subfamilyⅢ。其中，subfamilyⅡ是一個活躍的多基因亞家族，包含4個甘蔗基因成員，ScPFK7、ScPFK8、ScPFK9和ScPFK10。 3）進一步分析這些基因在甘蔗的熱帶種、割手密種以及大莖野生種三個主要的父母本種的不同組織中的表達模型，以期探討這些基因與甘蔗糖分積累關(guān)系。其中ScPFK7、ScPFK8和ScPFK9在甘蔗三個被測品種的不同組織中的表達也都表現(xiàn)出明顯的差異性，值得注意的是，它們同屬于一個亞家族，同源性高達85%以上。曾有研究報道PFK家族在植物的蔗糖合成過程中，能夠引起蔗糖含量的下降。但是ScPFK8在高糖品種中的含量明顯低于其它兩個種。我們對這一具有潛在功能的基因進行了高糖種BAC的全基因測序，并進行了基因注釋。 在我們所得到的31個糖轉(zhuǎn)運蛋白在甘蔗被測品種不同組織的表達譜中，5個基因表現(xiàn)明顯的種間表達差異，有6個基因顯示了豐富的組織間表達差異。 4）對于甘蔗中FRK成員，我們進一步探討了這4個基因在上述三個甘蔗被測品種的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)和單倍型(Haplotype)。結(jié)果顯示，，4個ScFRK基因在熱帶種、大莖野生種和割手密種的SNP頻率分別是73bp、38bp和45bp；在熱帶種和大莖野生種之間有22個相同的SNP，15個SNP存在于熱帶種和割手密種中，以及割手密種和大莖野生種有31個相同的SNP。同時我們鑒定得到4個FRK基因分別含有27、27和24個haplotype在熱帶種、大莖野生種和割手密種中。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S566.1
【目錄】：

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