【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(jié)合位點(diǎn)-亮氨酸重復(fù)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(shí)驗(yàn)對象藍(lán)星睡蓮(Nymphaea colorata)在分類學(xué)中屬于基部被子植物,并且在藍(lán)星睡蓮NBS-LRR基因家族的進(jìn)化過程中,其具備了抵御病蟲害、響應(yīng)環(huán)境脅迫從而廣泛分布的生態(tài)適應(yīng)性。因此,藍(lán)星睡蓮兼具進(jìn)化遺傳學(xué)和生態(tài)學(xué)上的重要研究價(jià)值。本研究首次提供了對藍(lán)星睡蓮中NBS-LRR基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析,并進(jìn)一步鑒定其結(jié)構(gòu)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(jìn)化擴(kuò)增的主要原因。通過轉(zhuǎn)錄組測序文庫,計(jì)算藍(lán)星睡蓮正常生長情況下NBS-LRR基因的表達(dá)值差異,結(jié)合順式作用元件預(yù)測等信息,進(jìn)一步分析NBS-LRR基因的功能與表達(dá)。本研究對今后研究藍(lán)星睡蓮生態(tài)機(jī)制、生態(tài)特征與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系提供了理論依據(jù)。本研究主要結(jié)論如下:1.在藍(lán)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(lán)星睡蓮中NBS-LRR基因家族數(shù)目存在大量擴(kuò)增。2.將藍(lán)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(lán)星睡蓮中雖有部分?jǐn)U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(jìn)化模式;CNL亞家族在藍(lán)星睡蓮中有著顯著擴(kuò)增,該進(jìn)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(jìn)化過程中逐漸呈現(xiàn)出不同亞家族的擴(kuò)增,以此應(yīng)對不同生長環(huán)境的脅迫作用。3.首次鑒定了藍(lán)星睡蓮中NBS-LRR基因結(jié)構(gòu)及其保守結(jié)構(gòu)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(fù)制翻譯的過程中可被完整復(fù)制。RNL亞家族保守結(jié)構(gòu)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(fù)制較為保守并含有大量的調(diào)控元件。4.在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測中,結(jié)果顯示TNL亞家族蛋白結(jié)構(gòu)呈馬鞍狀,便于其相互作用傳遞信號;RNL和CNL亞家族蛋白結(jié)構(gòu)均較為松散,便于其識別特異性作用位點(diǎn)。5.可視化基因在藍(lán)星睡蓮14條染色體上的分布情況,發(fā)現(xiàn)NBSLRR基因在藍(lán)星睡蓮中大量擴(kuò)增的兩個主要原因:一是富含大量串聯(lián)重復(fù)基因,二是因全基因組加倍,祖先基因擴(kuò)增產(chǎn)生旁系同源基因。6.對NBS-LRR基因家族的上游元件進(jìn)行預(yù)測,發(fā)現(xiàn)其擁有參與防御與應(yīng)激反應(yīng)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(yīng)激等功能上起一定作用。7.建立轉(zhuǎn)錄組測序文庫,分析NBS-LRR基因在藍(lán)星睡蓮中表達(dá)值差異,結(jié)果表明僅有少部分在心皮中顯著表達(dá),其余基因表達(dá)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(dá)。最后通過熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)驗(yàn)證了以上表達(dá)值的可靠性。綜上,本研究揭示了NBS-LRR基因家族的演化關(guān)系,并首次對藍(lán)星睡蓮中NBS-LRR基因家族進(jìn)行鑒定、結(jié)構(gòu)分析及定位至染色體上。發(fā)現(xiàn)藍(lán)星睡蓮NBS-LRR基因家族在進(jìn)化過程中以不同亞家族特異性擴(kuò)增的方式,產(chǎn)生不同的表達(dá)調(diào)控作用,以適應(yīng)環(huán)境變化、應(yīng)對生態(tài)脅迫等威脅。該結(jié)論對NBS-LRR基因家族的起源、藍(lán)星睡蓮生態(tài)優(yōu)勢迅速崛起等相關(guān)研究有著至關(guān)重要的參考意義和價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q943

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2795339