【摘要】：脂質(zhì)代謝物是生物能源貯藏的載體(如三酰甘油),是植物自身保護(hù)物質(zhì)(蠟質(zhì))和逆境反應(yīng)中信號分子的前體物質(zhì),對植物的生長發(fā)育、營養(yǎng)物質(zhì)累積起關(guān)鍵作用。因此深入解析油脂合成、轉(zhuǎn)化和分解的調(diào)控機(jī)制,鑒定關(guān)鍵脂質(zhì)調(diào)控基因在非生物逆境中的生物學(xué)功能,對于增加玉米產(chǎn)量、提高籽粒品質(zhì)和增強(qiáng)抗性具有重要意義和應(yīng)用前景�；谇捌讷@得的研究數(shù)據(jù),本課題采用全基因組動態(tài)關(guān)聯(lián)分析(Liquid association,LA)方法,全基因組范圍內(nèi)鑒定與26個含油量關(guān)聯(lián)基因的表達(dá)模式動態(tài)關(guān)聯(lián)的候選基因,并篩選到調(diào)控多個基因?qū)脖磉_(dá)模式的關(guān)鍵基因ZmNAC77;通過對ZmNAC77進(jìn)行候選基因關(guān)聯(lián)分析、表達(dá)分析、轉(zhuǎn)錄激活活性分析和轉(zhuǎn)基因驗證,初步探討該基因在脂代謝和非生物逆境中的生物學(xué)功能。主要研究結(jié)果如下:1、基于前期的研究結(jié)果,以X=26個含油量關(guān)聯(lián)基因,Y=26個含油量關(guān)聯(lián)基因,Z=全基因組基因進(jìn)行LA分析。在全基因組顯著水平下(P1.89×10~(-6)),共檢測到58318對共表達(dá)模式動態(tài)關(guān)聯(lián)的基因?qū)�。�?90個熱點調(diào)控基因進(jìn)行GO富集分析結(jié)果顯示,Z基因主要在生物學(xué)功能顯著富集。重點關(guān)注LA絕對值最大的Z基因,該基因編碼NAC77蛋白,命名為ZmNAC77。ZmNAC77負(fù)調(diào)控共表達(dá)基因?qū)ACS與DAGL的共表達(dá)模式(LA=-0.45,P=1.87E-04)。提取該基因上下游100kb范圍內(nèi)的SNP進(jìn)行區(qū)段關(guān)聯(lián)分析,鑒定到89個與油分含量顯著關(guān)聯(lián)的信號,初步驗證了該基因參與調(diào)控油脂代謝途徑。2、構(gòu)建ZmNAC77基因的crispr和過表達(dá)載體,并轉(zhuǎn)入玉米和擬南芥Col-0中。利用GC-MS對擬南芥純合轉(zhuǎn)基因株系進(jìn)行脂肪酸含量測定,結(jié)果顯示過表達(dá)ZmNAC77的轉(zhuǎn)基因陽性株系的脂肪酸含量較野生型的脂肪酸含量偏低;并利用ZmNAC77過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株對LA結(jié)果進(jìn)行驗證,發(fā)現(xiàn)基因?qū)ACS與DAGL的表達(dá)模式無顯著相關(guān)性,驗證ZmNAC77的負(fù)調(diào)控作用方式。3、對ZmNAC77的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),ZmNAC77的開放閱讀框(Open Reading Frame,ORF)全長為1983 bp,編碼660個氨基酸,其中23個氨基酸組成跨膜結(jié)構(gòu)域;通過對ZmNAC77進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析、氨基酸序列分析和蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果顯示,確定ZmNAC77具有NAC轉(zhuǎn)錄因子家族的結(jié)構(gòu)特征,與擬南芥中的ANAC072親緣關(guān)系最近。對該基因進(jìn)行組織表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),ZmNAC77是非組織特異性表達(dá);生殖生長時期表達(dá)量相對較高;與油脂代謝趨勢一致,該基因可能參與油脂代謝調(diào)控。亞細(xì)胞定位表明ZmNAC77定位在細(xì)胞膜及細(xì)胞核,且不具有酵母自激活活性。進(jìn)一步研究ZmNAC77在抗逆脅迫中的作用發(fā)現(xiàn),過表達(dá)ZmNAC77的轉(zhuǎn)基因植株比野生型具有更強(qiáng)的耐鹽抗旱能力,證明ZmNAC77的基因多效性,在植物抗逆途徑中也發(fā)揮重要作用。
【圖文】：

我們課題組通過動態(tài)關(guān)聯(lián)分析的方法深入研究基因?qū)Γ�，進(jìn)而解析類胡蘿卜素代謝過程中相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制內(nèi)鑒定參與油份代謝過程的潛在功能基因。類胡蘿卜素代謝途徑析發(fā)現(xiàn)，基因 tRBl, lcyE, lcyB,ZEPI 和 YDE 在 α-胡蘿卜素合成分支中起到重要的調(diào)控作用[55-57]。同時利用含油量表型值進(jìn)行全基 580 個調(diào)控基因可以影響 23 個基因表達(dá)量與含油量的相關(guān)性[58-脂代謝調(diào)控過程的，驗證 LA 分析是研究基因表達(dá)調(diào)控最前沿有析可幫助我們挖掘出與玉米籽粒油脂代謝調(diào)控相關(guān)的潛在調(diào)控因提供新的研究方法及理論依據(jù)。獲得的研究數(shù)據(jù)和分析平臺，本研究采用 LA 分析方法，全基因含油量關(guān)聯(lián)基因的表達(dá)模式動態(tài)關(guān)聯(lián)的候選基因；通過候選基因關(guān)錄激活活性分析和轉(zhuǎn)基因技術(shù)驗證候選基因的功能，試圖進(jìn)一步的遺傳及分子機(jī)制。

ZmNAC77 調(diào)控擬南芥油脂代謝及響應(yīng)鹽旱脅迫的功能研究錄因子家族是近年來在植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第一大類型的特異性轉(zhuǎn)錄因子。NA的命名源于矮牽牛的 NAM、擬南芥的 ATAF1、ATAF2 和 CUC2 的首字母縮寫明，在擬南芥、煙草、水稻、大豆及楊樹等多種植物中鑒定出 100 多個 NA；NAC 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控植物生長發(fā)育、激素調(diào)節(jié)和參與植物非脅迫響應(yīng)過程謝途徑，同時在籽粒油脂代謝調(diào)控機(jī)制中發(fā)揮重要的作用[64]。AC 轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點C 轉(zhuǎn)錄因子是一類 N 端高度保守的蛋白，該保守結(jié)構(gòu)域約由 150 個氨基酸構(gòu) DNA 或其他蛋白發(fā)生特異性結(jié)合，是 NAC 蛋白的結(jié)合域，NAC 保守結(jié)構(gòu)、B、C、D、E 五個子結(jié)構(gòu)域[65]，如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q943.2

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本文編號：2641108