【摘要】：植物抗病基因(resistance gene,R gene)賦予了植物抵抗病原菌的能力,而富含核苷酸結合位點-亮氨酸重復序列(nucleotide binding site-leucin rich repeats,NBS-LRR)基因家族是抗病基因中成員數(shù)目最多,亞家族類型也最為豐富的一類。本研究的實驗對象藍星睡蓮(Nymphaea colorata)在分類學中屬于基部被子植物,并且在藍星睡蓮NBS-LRR基因家族的進化過程中,其具備了抵御病蟲害、響應環(huán)境脅迫從而廣泛分布的生態(tài)適應性。因此,藍星睡蓮兼具進化遺傳學和生態(tài)學上的重要研究價值。本研究首次提供了對藍星睡蓮中NBS-LRR基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析,并進一步鑒定其結構域的保守性,確定亞家族分類。再根據(jù)基因在染色體上的定位,探究其進化擴增的主要原因。通過轉錄組測序文庫,計算藍星睡蓮正常生長情況下NBS-LRR基因的表達值差異,結合順式作用元件預測等信息,進一步分析NBS-LRR基因的功能與表達。本研究對今后研究藍星睡蓮生態(tài)機制、生態(tài)特征與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)同進化關系提供了理論依據(jù)。本研究主要結論如下:1.在藍星睡蓮全基因組序列中篩選出360個NBS-LRR基因序列,占其全基因組編碼序列的1.14%。與其它代表性物種相比,藍星睡蓮中NBS-LRR基因家族數(shù)目存在大量擴增。2.將藍星睡蓮中NBS-LRR基因家族分為TNL,RNL和CNL三大亞家族,基因數(shù)分別占全基因組的31.94%、3.06%和65.00%。TNL亞家族在藍星睡蓮中雖有部分擴增,但卻在同是水生植物的浮萍和大葉藻中丟失;RNL亞家族保持相對保守進化模式;CNL亞家族在藍星睡蓮中有著顯著擴增,該進化趨勢與模式植物擬南芥(CNL亞家族僅占31.13%)中的有所不同。推測NBS-LRR基因家族在進化過程中逐漸呈現(xiàn)出不同亞家族的擴增,以此應對不同生長環(huán)境的脅迫作用。3.首次鑒定了藍星睡蓮中NBS-LRR基因結構及其保守結構域。發(fā)現(xiàn)相同亞家族的序列具有高度相似性。TNL亞家族中協(xié)同出現(xiàn)了高比率的對稱外顯子(TNL II:81.01%)和0相位內(nèi)含子(TNL III:73.96%)數(shù),這意味著外顯子在復制翻譯的過程中可被完整復制。RNL亞家族保守結構單元類型比較單一。而CNL亞家族的內(nèi)含子數(shù)目少,編碼序列多集中在同一外顯子內(nèi),可能是其遺傳復制較為保守并含有大量的調控元件。4.在蛋白質結構預測中,結果顯示TNL亞家族蛋白結構呈馬鞍狀,便于其相互作用傳遞信號;RNL和CNL亞家族蛋白結構均較為松散,便于其識別特異性作用位點。5.可視化基因在藍星睡蓮14條染色體上的分布情況,發(fā)現(xiàn)NBSLRR基因在藍星睡蓮中大量擴增的兩個主要原因:一是富含大量串聯(lián)重復基因,二是因全基因組加倍,祖先基因擴增產(chǎn)生旁系同源基因。6.對NBS-LRR基因家族的上游元件進行預測,發(fā)現(xiàn)其擁有參與防御與應激反應等順式作用元件。因此可推斷,在外界環(huán)境的刺激或脅迫作用下,NBS-LRR基因在防御與應激等功能上起一定作用。7.建立轉錄組測序文庫,分析NBS-LRR基因在藍星睡蓮中表達值差異,結果表明僅有少部分在心皮中顯著表達,其余基因表達值普遍偏低,猜測可能需要外界刺激或者脅迫作用下才會表達。最后通過熒光定量聚合酶鏈式反應技術驗證了以上表達值的可靠性。綜上,本研究揭示了NBS-LRR基因家族的演化關系,并首次對藍星睡蓮中NBS-LRR基因家族進行鑒定、結構分析及定位至染色體上。發(fā)現(xiàn)藍星睡蓮NBS-LRR基因家族在進化過程中以不同亞家族特異性擴增的方式,產(chǎn)生不同的表達調控作用,以適應環(huán)境變化、應對生態(tài)脅迫等威脅。該結論對NBS-LRR基因家族的起源、藍星睡蓮生態(tài)優(yōu)勢迅速崛起等相關研究有著至關重要的參考意義和價值。
【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q943

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

1 房衛(wèi)平;謝德意;李志芳;李武;趙付安;孫瑤;段崢崢;楊曉杰;;NBS-LRR類抗病蛋白介導的植物抗病應答分子機制[J];分子植物育種;2015年02期

2 劉云飛;萬紅建;韋艷萍;李志邈;葉青靜;王榮青;阮美穎;姚祝平;周國治;楊悅儉;;番茄NBS-LRR抗病基因家族全基因組分析[J];核農(nóng)學報;2014年05期

3 田遠飛;薛永來;付為國;戴志聰;杜道林;;植物抗病基因結構和功能研究進展[J];廣東農(nóng)業(yè)科學;2012年22期

4 索志立;;睡蓮科系統(tǒng)位置評述[J];武漢植物學研究;2006年02期

5 董繼新,董海濤,李德葆;植物抗病基因研究進展[J];植物病理學報;2001年01期

6 董金皋,黃梧芳;植物的形態(tài)結構與抗病性[J];植物病理學報;1995年01期

本文編號：2795339