【摘要】：SWEET(sugars will eventually be exported transporters)是近年來發(fā)現(xiàn)含有MtN3/saliva結(jié)構(gòu)域的糖外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,參與植物生長(zhǎng)發(fā)育過程以及植物對(duì)生物脅迫和非生物脅迫的響應(yīng)。在陸地棉中,對(duì)SWEET基因的全基因水平的鑒定及功能研究還鮮有報(bào)道。本研究首先利用生物信息學(xué)方法對(duì)陸地棉SWEET基因家族進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化、基因結(jié)構(gòu)、共線性和染色體定位分析,同時(shí)把SWEET基因上存在的SNPs與纖維目標(biāo)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析鑒定到關(guān)鍵基因,然后通過擬南芥過表達(dá)驗(yàn)證關(guān)鍵基因功能,這些研究為我們進(jìn)一步了解陸地棉SWEET基因家族在調(diào)控棉花纖維發(fā)育中的功能提供一定的基礎(chǔ),具體結(jié)果如下:在二倍體的雷蒙德氏棉及亞洲棉中分別鑒定出31個(gè)和30個(gè)SWEET基因,異源四倍體的陸地棉中共鑒定出55個(gè)SWEET基因。進(jìn)化樹分析表明,三個(gè)棉屬植物SWEET基因家族分為四個(gè)分枝,其中在分枝III和IV的SWEET基因數(shù)量明顯多與其他物種,表明第III分枝和第IV分枝的基因顯著地?cái)U(kuò)張,這可能對(duì)棉花適應(yīng)環(huán)境非常重要。通過染色體定位分析,49個(gè)陸地棉SWEET基因被定位在12條At亞基因組和11條Dt亞基因組染色體上,并在7條染色體上存在串聯(lián)重復(fù)。陸地棉SWEET基因的旁系同源基因及直系同源基因的關(guān)系分析表明,SWEET基因在Dt亞基因組和D基因組雷蒙德氏棉之間的的共線性關(guān)系明顯高于At亞基因組和A基因組亞洲棉之間的共線關(guān)系,表明陸地棉在進(jìn)化過程中可能有更多At亞基因組上SWEET基因丟失,或者是基因組測(cè)序不完整,導(dǎo)致陸地棉At亞基因組僅有一部分SWEET基因被鑒定到。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示,GhSWEET42與棉花纖維發(fā)育有關(guān),且CC等位基因型是有利于棉花衣分形成的優(yōu)異單倍型。進(jìn)一步分析GhSWEET42的表達(dá)模式,結(jié)果表明GhSWEET42在纖維和胚珠中相對(duì)于根、莖、葉存在優(yōu)勢(shì)表達(dá)。煙草瞬時(shí)轉(zhuǎn)化的亞細(xì)胞定位結(jié)果表明GhSWEET42被定位在細(xì)胞膜上,與其預(yù)測(cè)行使功能的位置一致。在擬南芥中過表達(dá)GhSWEET42發(fā)現(xiàn)顯著增加根毛長(zhǎng)度,表明GhSWEET42與細(xì)胞伸長(zhǎng)有關(guān),可能促進(jìn)棉花纖維細(xì)胞突起和伸長(zhǎng),進(jìn)而提高衣分。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S562
【圖文】：

圖 2.1 三個(gè)棉屬、擬南芥和水稻 SWEET 基因家族成員的進(jìn)化樹分析Figure 2.1. Phylogenetic tree of SWEET genes from three cotton species, A. thaliana, and rice.注：SWEET 基因家族被分為 4 枝，分別用不同的顏色表示Note:The SWEET genes were classified into four clades, which are indicated by different colors.地棉 SWEET 基因家族的基因結(jié)構(gòu)了更進(jìn)一步了解陸地棉SWEET基因，對(duì)其所含外顯子-內(nèi)含子進(jìn)行分析�；蚪Y(jié)構(gòu)是族進(jìn)化史的重要組成成分，通常在相同的進(jìn)化枝內(nèi)表現(xiàn)出高度保守的外顯子和內(nèi)含用 SWEET 的基因組和編碼區(qū)序列對(duì)外顯子和內(nèi)含子在 SWEET 的分布進(jìn)行分析（圖 2言，大多數(shù)分枝 I 基因（GhSWEET38 除外）和所有分枝 IV 基因都含有 5 個(gè)內(nèi)含子。同根據(jù)所含內(nèi)含子不同被分為兩個(gè)子分枝，IIa 和 IIb，六個(gè) IIa 基因都含 5 個(gè)內(nèi)含子，包含 4 個(gè)內(nèi)含子。在分枝 III 的 21 個(gè)陸地棉 SWEET 基因中，其中 19 個(gè) SWEET 基因除 GhSWEET10、GhSWEET48 之外）含有 5 個(gè)內(nèi)含子，而 GhSWEET10 包含 4 個(gè)內(nèi)含ET48 相對(duì)較短，含有 3 個(gè)內(nèi)含子。這些結(jié)果表明內(nèi)含子在系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹的同一分ET 基因成員之間分布一致。

圖 2.2 陸地棉 SWEET 基因家族的系統(tǒng)進(jìn)化樹和基因結(jié)構(gòu)特征Figure 2.2. Phylogenetic relationships and structural features of GhSWEE棉 SWEET 基因的系統(tǒng)進(jìn)化樹。陸地棉 SWEET 基因分為四個(gè)分枝：藍(lán)色I(xiàn)I、III 和 IV。（B）陸地棉 SWEET 基因的外顯子-內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。綠色表genetic tree of GhSWEET genes. The SWEET genes were classified into nge represent Clades I, II, III, and IV, respectively. (B)Exon-intron organi correspond to exons and introns, respectively. SWEET 基因家族的染色體定位AtDt）是典型的異源四倍體作物。根據(jù) 55 個(gè)陸地棉 SWEET 基 Dt）上的具體位置信息，SWEET 的染色體分布圖被繪制（圖中，其中 49 個(gè)被定位在 12 條 At 亞基因組和 11 條 Dt 亞基因50、GhSWEET51、GhSWEET52、GhSWEET53、GhSWEET54 s 上。不同染色體上含有 SWEET 數(shù)目不同，例如，染色體t-chr13 都含有 4 個(gè) SWEET 基因，是分布 SWEET 基因數(shù)目最

圖 2.3 陸地棉 SWEET 基因在染色體上的分配情況Figure 2.3 Chromosomal distribution of GhSWEET genes橙色和黑色分別表示 At 亞基因組染色體、Dt 亞基因組染色體和 scaffolds，綠線表示串聯(lián)重復(fù)range and black indicate the At subgenome chromosomes, Dt subgeome chromosomes, and Green lines indicate tandem duplicated genes.被子植物在進(jìn)化過程中至少經(jīng)歷了一次多倍體化事件。陸地棉（AtDt）的基因是其二倍體祖先（亞洲棉 AA、和雷蒙德氏棉 DD）二倍分化后形成的棉花物陸地棉 At 和 Dt 亞基因組之間的 SWEET 旁系同源基因。如圖（圖 2.4），一共同源基因?qū)�，其�?18 個(gè)（例如：GhSWEET1 與 GhSWEET2、GhSWEET3 與 GhSW4 與 GhSWEET9 等）旁系同源基因?qū)Ρ欢ㄎ辉?8 個(gè)同源染色體對(duì)上。為了進(jìn)一程中的分化，分析了陸地棉 Dt 亞基因組與相應(yīng)的二倍體祖先 D 基因組（雷蒙同源 SWEET 基因，以及陸地棉 At 亞基因組與二倍體祖先 A 基因組（亞洲棉）SWEET 基因（圖 2.5）。陸地棉 Dt 亞基因組中共有 28 個(gè) SWEET 基因在雷蒙德因組中具有直系同源物，而 At 亞基因組中共有 23 個(gè) SWEET 基因在亞洲棉（中具有直系同源物。以上結(jié)果表明，SWEET 基因在 Dt 亞基因組和 D 基因組（的的共線性關(guān)系明顯高于 At 亞基因組和 A 基因組（亞洲棉）之間的共線關(guān)系化過程中可能有更多At亞基因組上SWEET基因丟失，或者是基因組測(cè)序不完

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1 孫寬;陸地棉GhSWEET42基因的功能分析[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

本文編號(hào)：2744220