發(fā)布時間：2020-07-14 06:03

【摘要】：果膠甲酯酶(PME)屬于碳水化合物酯酶家族CE-8,主要作用是可以調(diào)節(jié)果膠甲酯化程度,而果膠是植物細(xì)胞壁的主要成分。因?yàn)榧?xì)胞壁構(gòu)成了外界環(huán)境和植物細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)之間的物理屏障,所以細(xì)胞壁中果膠的修飾過程通常與植物防御反應(yīng)有關(guān)。擬南芥微陣列數(shù)據(jù)庫的開發(fā)應(yīng)用揭示了大多數(shù)PME基因的表達(dá)水平隨生物和非生物脅迫的變化而變化。果膠甲酯酶參與了植物營養(yǎng)生長和生殖生長過程,例如細(xì)胞壁擴(kuò)展和加強(qiáng),細(xì)胞分離,種子發(fā)芽,根尖伸長,葉子生長極性,節(jié)間莖增長,木材的形成,花粉形成和花粉管的生長,干果裂開和果實(shí)的成熟軟化等。為深入研究番茄PME基因家族的功能,首先利用生物信息學(xué)方法對番茄基因組中PME基因家族成員進(jìn)行鑒定,并對其基因組信息、蛋白生理生化特征、基因結(jié)構(gòu)、保守結(jié)構(gòu)域和系統(tǒng)進(jìn)化樹等方面進(jìn)行了研究。結(jié)果如下:在番茄基因組中共鑒定出79個PME基因,23個PMEI基因,可以分為PME GroupⅠ、PME GroupⅡ、PMEI GroupⅢ三大類,GroupⅠ又可以進(jìn)一步分成2個分支;PME基因在番茄的12條染色體上呈現(xiàn)不均勻分布,并存在很明顯的串聯(lián)重復(fù)現(xiàn)象,總共發(fā)現(xiàn)了20個串聯(lián)重復(fù)基因簇,包括49個基因,串聯(lián)重復(fù)是番茄PME基因擴(kuò)增的主要方式。對番茄PME基因結(jié)構(gòu)的分析表明,PME基因在進(jìn)化過程中有一定的保守性;在對番茄PME蛋白氨基酸序列進(jìn)行多重比對后,發(fā)現(xiàn)了5個典型的保守結(jié)構(gòu)區(qū)域;通過MEME軟件對番茄PME蛋白保守基序進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)了8個較為保守的基序。之后根據(jù)已知的番茄果實(shí)中的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),挑選出十個在果實(shí)轉(zhuǎn)色期之前表達(dá)量比較高的PME基因(有三個基因是串聯(lián)重復(fù)基因)研究乙烯處理之后,這些基因的表達(dá)反應(yīng),發(fā)現(xiàn)Pmeu1、Solyc03g083360、Solyc07g017600、Solyc07g064190是響應(yīng)乙烯信號的正調(diào)控基因;Solyc03g123620、Solyc00g027770、Solyc06g009190和Solyc12g098340是負(fù)調(diào)控基因。之后的研究擬以野生型(WT)和反義表達(dá)Pmeu1番茄植株(PE1as)為研究材料,對兩種植株的葉片進(jìn)行了離體侵染處理,發(fā)現(xiàn)灰霉病菌侵染后,野生型植株葉片上形成的病斑面積明顯小于反義表達(dá)植株。同時測量了灰霉病菌侵染后葉片的乙烯釋放量,發(fā)現(xiàn)侵染之后,無論是野生植株還是反義表達(dá)植株,乙烯釋放量都顯著增加了。之前的微陣列數(shù)據(jù)分析表明,灰霉病菌侵染或刺傷處理后,番茄果實(shí)中的Pmeu1基因表達(dá)量都明顯升高了。最后分析了兩種類型植株葉片中果膠的酯化度,發(fā)現(xiàn)野生型植株葉片中的果膠酯化度明顯低于反義植株中。綜合以上研究,提出一個可能的果膠甲酯酶基因抗灰霉病機(jī)理,在灰霉病菌侵染植物體過程中,乙烯釋放量增加,促使果膠甲酯酶基因Pmeu1表達(dá)上調(diào),從而對病原菌產(chǎn)生抗性。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S436.412.13
【圖文】：

構(gòu)區(qū)域構(gòu)成,這幾種果膠結(jié)構(gòu)的不同主要體現(xiàn)在豐富多樣的側(cè)鏈基團(tuán)。已有發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞壁中，RG-I 和 RG-II 會與 HGA 共價鍵聯(lián)結(jié)形成果膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[4-6]。圖1-1 果膠的結(jié)構(gòu)簡圖Figure1-1 structure of pectinHGA 是由多達(dá) 200 個半乳糖醛酸基本單元以 α-1,4 糖苷鍵聚合而成的線型同聚多糖鏈 ,其側(cè)鏈上的基團(tuán)可以被甲酯化，也可以被氧乙�；� 。XGA

3圖1-2 生物和非生物脅迫對(a)擬南芥和楊樹中(b)PME轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平的影響Figure1- 2 Effects of biotic and abiotic treatments on PME transcript expression in (a) Arabidopsis and (b) poplar.研究果膠甲酯酶參與果實(shí)的成熟與軟化過程，主要集中在果膠甲酯酶的活性變化對果皮的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的影響，特別是在番茄中。已有的研究發(fā)現(xiàn)，在抑制一個番茄果膠甲酯酶基因 Pmeu1 表達(dá)時，番茄果實(shí)的成熟軟化提前了[29]，但是抑制另一個果膠甲酯酶基因 LePME2.1 表達(dá)時，發(fā)現(xiàn)與野生型相比，果實(shí)成熟軟化卻沒有受到太大的影響，同時抑制這兩個基因的表達(dá)并未進(jìn)一步引起果實(shí)質(zhì)地的變化[30]，表明不同的果膠甲酯同工酶在果實(shí)成熟軟化過程中可能擔(dān)任著不同的角色。在植物生長發(fā)育和環(huán)境因子的影響過程中

實(shí)的發(fā)育過程中，隨著時間的變化，CmPME1 的表達(dá)量先升高后降低，在花后 170d 表達(dá)量達(dá)到最高36]。B Ning 等發(fā)現(xiàn)歐洲梨“Barlett”和“La France”的果肉的軟化與果膠甲酯酶的活性增長進(jìn)程比較一致，而“鴨梨”和“二十世紀(jì)梨”中的果肉軟化速度較慢，果膠甲酯酶活性也低[37]。周培根等在以桃為研究材料時發(fā)現(xiàn)，在桃的成熟晚期，觀察到果膠甲酯酶活性較高[38]。這些研究表明果膠甲酯酶可能參與了果實(shí)成熟軟化的進(jìn)程。1.3 果膠甲酯酶與防御作用因?yàn)榧?xì)胞壁構(gòu)成了外界環(huán)境和植物細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)之間的物理屏障，所以細(xì)胞壁的修飾過程通常與植物防御反應(yīng)有關(guān)[39]。擬南芥微陣列數(shù)據(jù)庫的開發(fā)應(yīng)用揭示了大多數(shù) PME 基因的表達(dá)水平會受到生物和非生物脅迫的影響。從圖 2 可以看出擬南芥和楊樹 PME 的表達(dá)模式似乎與特定脅迫相關(guān)[40-45]。此外，在一些反義沉默或過表達(dá)植株中觀察到的 PME 活性的降低和增加，以及細(xì)胞壁果膠的甲基酯化（DM）程度的變化，已經(jīng)與植物在應(yīng)對病原體脅迫時的敏感性表現(xiàn)聯(lián)系起來[46]。PME 可能直接通過與毒力因子的相互作用或間接地通過其催化反應(yīng)的產(chǎn)物參與上述過程[47]。 圖 3 說明了 PME 在植物防御中可能發(fā)生的作用。PME 酶在活動過程中直接或間接地產(chǎn)生了三種參與植物防御的物質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 劉志發(fā);潘騰飛;潘東明;;t/溪蜜柚CmPME1的克隆及其在果實(shí)發(fā)育過程中的表達(dá)分析[J];熱帶作物學(xué)報;2015年04期

2 齊秀東;魏建梅;趙伶俐;;嘎拉蘋果果實(shí)質(zhì)地發(fā)育軟化與細(xì)胞壁降解及其基因表達(dá)的關(guān)系[J];現(xiàn)代食品科技;2015年06期

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4 周培根,羅祖友,戚曉玉,吳邦良;桃成熟期間果實(shí)軟化與果膠及有關(guān)酶的關(guān)系[J];南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;1991年02期

本文編號：2754598