水通道蛋白（AQP）作為一種膜通道蛋白,調(diào)控水和其它小分子物質在生物體內(nèi)的跨膜運輸。已有研究表明,AQP在植物滲透脅迫應答過程中起重要作用。為了系統(tǒng)性地探究棉花AQPs在滲透脅迫條件下的應答機制,挖掘棉花抗逆基因,本研究利用二倍體和四倍體棉花基因組以及陸地棉滲透脅迫條件下的轉錄組數(shù)據(jù),對棉花AQPs家族基因進行了全基因組鑒定。經(jīng)過生物信息學以及表達模式分析,篩選出多個參與棉花滲透脅迫應答的AQP基因,并確定了其亞細胞定位。之后,通過轉基因超表達、基因沉默和啟動子表達模式驗證,系統(tǒng)研究了GhTIP2-1的抗?jié)B透脅迫功能。本研究的主要結果如下:1.陸地棉、亞洲棉和雷蒙德氏棉AQPs家族基因鑒定。根據(jù)水通道蛋白功能結構域PF00230,在三個棉種中共鑒定出215個全長AQP基因,陸地棉、亞洲棉和雷蒙德氏棉中分別有107個、52個和56個基因成員。系統(tǒng)進化結果顯示,棉花AQPs分為PIPs、TIPs、NIPs、SIPs和XIPs五個亞家族。對陸地棉107個全長AQPs的蛋白理化性質,保守位點預測,基因結構,保守基序,啟動子預測,共線性等分析。棉花AQPs五個亞家族下又分為多個亞組,每個亞組的蛋... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

水通道蛋白的定位分布[10]

引言3圖1.2水通道蛋白的結構[34]。Figure1.2Thestructureofaquaporins.非洲爪蟾卵母細胞是最先用來研究植物水通道蛋白功能的表達系統(tǒng)[35]，通過細胞內(nèi)的微量注射，基于細胞體積，細胞內(nèi)放射性物質或者PH的變化來研究蛋白功能。通過卵母細胞系統(tǒng)我們發(fā)現(xiàn)水通道蛋白除了對水的運輸，還能促進其他底物，如：甘油[36,37]、尿素[38]、硼[39]（B）、硅[40,41]（Si）、氣體二氧化碳[37]（CO2）、氨[42]（NH3）的運輸。通過酵母生長實驗也測定出不同的AQP對于砷[43]（AS）、過氧化氫[44]（H2O2）、鎘[45]（Ge）、鋁[46]（Al）、亞銻酸鹽[47]（Sb(OH)3）、ROS[48]、亞硒酸[49]（H2SeO3）的運輸。植物AQPs除了能夠促進底物的運輸外，還有大量的研究報道AQPs不僅能夠響應非生物脅迫，還能夠響應生物脅迫。如圖1.3所示，在非生物脅迫下如干旱脅迫[50-52]、鹽脅迫[53,54]、冷脅迫[55]，主要影響細胞的滲透平衡，PIPs和TIPs可以提高根部的導水率和葉的蒸騰速率。在生物脅迫下，TIPs和NIPs可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)宿主和病原體之間的營養(yǎng)穩(wěn)態(tài)[56,57]。此外還有研究報道水通道蛋白影響種子的萌發(fā)[58]，影響作物的產(chǎn)量[59]和品質[60]。

引言4圖1.3AQPs響應環(huán)境刺激[10]。Figure1.3AQPsresponsetoenvironmentalstimuli.1.3AQPs與植物滲透脅迫植物在絕大多數(shù)情況下是自養(yǎng)生物，一方面需要光和碳源（通常是二氧化碳，CO2），另一方面需要水和礦物質營養(yǎng)以滿足生理活動。由于植物不能移動，因此它們必須從周圍環(huán)境中有效吸收水分和礦物質。該功能主要由根系來完成，而水分和其它元素進入植物體內(nèi)以及在體內(nèi)的運輸都受到AQPs的控制。有很多證據(jù)已經(jīng)表明在大多數(shù)植物中，水分的吸收和在根中跨細胞的流動主要是由PIPs和TIPs介導的[61]。滲透脅迫是植物生長過程中需要面臨的主要非生物脅迫[62,63]，一般來說，滲透脅迫能夠引起一系列形態(tài)、生理、生化和分子變化，影響植物的生長和發(fā)育[64]。干旱脅迫和鹽脅迫是兩種主要的滲透脅迫。在干旱脅迫條件下，如圖1.4，植物主要通過增加根部水分的吸收以及減少地上部水分的揮發(fā)來維持機體的穩(wěn)定[65]。有大量的研究表明AQPs可以調(diào)節(jié)根部的導水率來增加對水分的吸收[66,67]。此外在缺水的條件下，為了減少蒸騰作用而造成的水分流失，氣孔關閉是植物節(jié)水的重要策略，CO2的傳導與氣孔運動緊密聯(lián)系的，有很多研究表明AQPs可以調(diào)控CO2運輸從而達到對氣孔的調(diào)節(jié)[68-71]。


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