【摘要】：NAC轉(zhuǎn)錄因子家族廣泛分布于各類植物中,參與調(diào)節(jié)植物的生長、發(fā)育,從胚胎發(fā)生到衰老各個階段,響應植物對環(huán)境影響的非生物脅迫,以及多種應激反應。本研究以鐵皮石斛基因組為基礎,利用生物信息學的方法對鐵皮石斛NAC轉(zhuǎn)錄因子家族進行了全面的鑒定,共發(fā)現(xiàn)118個DoNAC成員,去冗余后剩91個DoNAC。系統(tǒng)發(fā)育樹分析顯示該基因家族可分為7個族;對其所有成員基因結(jié)構(gòu)和蛋白序列保守性進行分析,發(fā)現(xiàn)其蛋白序列在N-末端NAC結(jié)構(gòu)域部分保守。啟動子分析發(fā)現(xiàn),該基因家族啟動子區(qū)存在響應非生物脅迫位點、激素響應位點、蛋白結(jié)合位點和與生物功能相關的結(jié)合位點。表達分析表明30個DoNAC基因參與了鐵皮石斛的種子萌發(fā)、原球莖發(fā)生和轉(zhuǎn)變,其中16個表達較明顯。通過同源建模構(gòu)建9個AtNAC成員(AtNAC025、AtNAC043、AtNAC046、AtNAC055、AtNAC058、AtNAC080、AtNAC083、AtNAC092、NTL9)的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu),通過分子對接和分子動力學模擬研究NAC與DNA特異結(jié)合過程。復合物分析表明,9個不同功能的NAC蛋白具有相似的結(jié)合模式,主要通過C亞域的第二個?折疊與DNA分子的大溝發(fā)生相互作用。DNA和NAC結(jié)合會影響復合物整體的穩(wěn)定性。NAC和DNA相互作用能的分解發(fā)現(xiàn),同一NAC在與不同DNA結(jié)合時作用方式相似,同時發(fā)現(xiàn)A亞域會降低NAC與DNA的結(jié)合能力。NAC結(jié)構(gòu)域中主要以C、D、E三個亞結(jié)構(gòu)域與DNA形成非鍵作用。對DoFCA的研究中發(fā)現(xiàn),DoFCA基因開放閱讀框為2,301bp,包含19個外顯子,18個內(nèi)含子,編碼766個氨基酸殘基的蛋白,在N-端(131-210、220-298)有兩個RRM結(jié)構(gòu)域,C-端(605-634)存在一個WW結(jié)構(gòu)域。啟動子分析發(fā)現(xiàn),該基因啟動子區(qū)存在與分生組織特異激活、胚乳表達、花藥特異基因的表達調(diào)控密切相關的調(diào)控元件。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示FCA蛋白在單子葉和雙子葉植物進化過程中出現(xiàn)了分化。表達模式分析表明該基因?qū)τ谂c鐵皮石斛的花的發(fā)生和形成可能具有重要作用;在低溫誘導開花過程中也發(fā)揮作用。
【圖文】：

發(fā)現(xiàn)該蛋白和黃騰 NAC3（KU556738.1）蛋白一致性達到 72.63%。構(gòu)建 AtNAC、OsNAC、DoNAC 三個物種系統(tǒng)發(fā)育進化樹，最佳氨基酸替換模型與 DoNAC 一致；比較 NAC 轉(zhuǎn)錄因子在這三個物種中的聚類情況。根據(jù)進化關系的遠近，348 條 NAC 蛋白可分為 13 個族（圖 2-2），其中 groupⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅹ成員豐富，groupⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ中存在多個亞族，其可能存在功能上的冗余；而 groupⅫ和 XIII 只有擬南芥 NAC 蛋白，這兩族的分支可信度均大于 90%，結(jié)果表明 groupⅫ和 XIII 確為擬南芥特有 NAC 蛋白分支；groupⅤ中只存在 OsNAC 和 DoNAC 成員，該族可能為單子葉植物所特有；groupⅠ包含成員最多，可再細分為 4 個亞族，部分亞族只存在 AtNAC 或者OsNAC，說明 DoNAC 可能在鐵皮石斛的進化過程中出現(xiàn)部分功能缺失。其他 9族分支均包含 AtNAC，OsNAC 和 DoNAC 成員，表明這 9 族 NAC 蛋白在物種間具有相似功能。所有分類中沒有發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛特異分支，表明 DoNAC 在進化過程中并沒有出現(xiàn)功能特異蛋白。

圖 2-2AtNAC、OsNAC 和 DoNAC 系統(tǒng)進化樹2.2.3 DoNAC 基因結(jié)構(gòu)及蛋白序列保守性分析利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對部分 DoNAC 基因結(jié)構(gòu)進行校正，根據(jù)鐵皮石斛基因組序列，基因注釋文件，繪制 DoNAC 基因結(jié)構(gòu)圖；使用 MEME 在線軟件對 DoNAC蛋白序列保守性進行分析，依據(jù)系統(tǒng)發(fā)育進化樹分析結(jié)果，查找 13 個基序；最后使用 ML 系統(tǒng)發(fā)育進化樹對結(jié)果進行聚類（圖 2-3）。基因結(jié)構(gòu)顯示， DoNAC 成員均包含內(nèi)含子，普遍有 3-6 個；個別基因跨度較大。聚類發(fā)現(xiàn)，相似 DoNAC 基因的剪接方式并沒有較大的關聯(lián)，剪接方式并不一致。DoNAC 蛋白保守性分析發(fā)現(xiàn)，每個分組都具有相似的保守基序。絕大多數(shù)DoNAC 蛋白都具有 motif1-6，分析發(fā)現(xiàn) motif 1 為 NAC 亞域 A，motif 2 為亞域B，motif 3 為亞域 C，motif 4 和 motif 5 共同組成亞域 D，motif 6 為亞域 E。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S567.239

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1 李良建;鐵皮石斛NAC轉(zhuǎn)錄因子家族全基因組鑒定與NAC-DNA結(jié)合機制研究及FCA基因的表達分析[D];西南交通大學;2019年

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本文編號：2704930