本文關(guān)鍵詞：大豆E1基因及其豆科植物高度同源序列的功能保守及分化研究

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【摘要】：大豆生育期基因E1是大豆光周期開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心調(diào)控因子。本研究以生物信息學(xué)為基礎(chǔ),分析了E1基因及其高度同源序列基因和蛋白結(jié)構(gòu)及其進(jìn)化關(guān)系,并對(duì)E1、PvE1L和MtE1L等基因通過遺傳轉(zhuǎn)化研究基因在開花調(diào)控中的功能,揭示E1基因及其同源基因間的功能保守性或功能分化規(guī)律。主要研究結(jié)果如下:1、明確了E1基因及其高度同源序列基因、蛋白序列結(jié)構(gòu)及其進(jìn)化關(guān)系本研究中在豆科植物中獲得了E1基因高度同源序列8條(與E1基因一并統(tǒng)稱為E1基因家族);生物信息學(xué)分析結(jié)果表明E1基因家族基因都只含有外顯子,同時(shí)其編碼蛋白序列和結(jié)構(gòu)相似,都含有一個(gè)雙邊核定位信號(hào)(NLS)和一個(gè)保守的B3遠(yuǎn)緣相關(guān)結(jié)構(gòu)域(B3-like結(jié)構(gòu)域)。與大部分基因的B3結(jié)構(gòu)域相比,在MtE1L和LjE1L各含有1個(gè)額外的螺旋結(jié)構(gòu);CcE1L2中則含有2個(gè)額外的螺旋結(jié)構(gòu);E1基因家族進(jìn)化分析結(jié)果表明,9個(gè)基因主要分為兩個(gè)主要進(jìn)化分枝,一枝來源于Millettioid/Phaseoloid的E1、E1La、E1Lb、PvE1L、CcE1L1和CcE1L2,另一枝為來源于Hologalegina的LjE1L、MtE1L和CaE1L;共線性分析以及基因進(jìn)化時(shí)間估算結(jié)果顯示,除大豆中E1La和E1Lb外,與E1基因親緣關(guān)系最近的是PvE1L基因,同時(shí),E1和E1La/E1Lb間的分化源于大豆第二次全基因組復(fù)制后。2、明確了E1、PvE1L和MtE1L基因在豆科作物中的基因功能本研究中分別克隆了E1、PvE1L和MtE1L基因并構(gòu)建了植物表達(dá)載體,以e1-as基因型大豆栽培品種東農(nóng)50為遺傳轉(zhuǎn)化受體,通過根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)大豆子葉節(jié)方法將目的基因整合到大豆基因組中并成功表達(dá)。開花期及重要農(nóng)藝性狀表型調(diào)查結(jié)果顯示,E1基因和PvE1L基因轉(zhuǎn)基因大豆株系不論在長日照或短日照條件下表型相似,與野生型相比其開花時(shí)間更晚,同時(shí)株高更高并且節(jié)數(shù)更多,但其平均節(jié)間距則與野生型株系無顯著差異;但是,MtE1L基因轉(zhuǎn)基因株系其花期及重要農(nóng)藝性狀則與以上轉(zhuǎn)基因株系存在顯著差異,其花期與野生型株系無顯著差異,然而,不論在長日照還是短日照條件下,其株高較之野生型更矮,并且節(jié)數(shù)、節(jié)間距也更少、更短。除此之外,在蒺藜苜蓿中的表達(dá)分析結(jié)果顯示,MtE1L基因在長日照條件下表達(dá)水平更高;并特異表達(dá)于葉片中,尤以完全展開三出復(fù)葉最高;其表達(dá)模式以24h為一周期,在一個(gè)周期內(nèi)呈現(xiàn)明顯的雙峰型,分別在ZT4和ZT16時(shí)表達(dá)水平達(dá)到最高。結(jié)果表明MtE1L基因表達(dá)受光周期影響。mte1l蒺藜苜蓿突變體分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),當(dāng)MtE1L基因失去功能后,mte1l突變株系表現(xiàn)為晚花表型。以上結(jié)果表明MtE1L基因在蒺藜苜蓿中作為開花促進(jìn)因子參與其光周期開花調(diào)控,這與E1基因在大豆開花調(diào)控中的功能相反。綜上所述,PvE1L基因?yàn)镋1基因的直系同源基因(Ortholog),并且E1和PvE1L在開花調(diào)控上功能可能是保守的,但是MtE1L基因與之相較其開花調(diào)控模式不同。3、大豆E1基因調(diào)控開花功能為豆科植物所特有通過序列比對(duì),在除豆科植物外的其他植物中均為檢索到大豆E1基因的同源序列;本研究以擬南芥哥倫比亞生態(tài)型(Col-0)和水稻栽培品種龍粳11為試驗(yàn)材料,分別通過花序浸蘸法和水稻農(nóng)桿菌介導(dǎo)法對(duì)擬南芥和水稻進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化。對(duì)野生型株系和轉(zhuǎn)基因株系花期的調(diào)查結(jié)果及擬南芥CO、FT和水稻Hd1、Hd3a基因表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果顯示,在長日照條件下,野生型擬南芥、空植物表達(dá)載體轉(zhuǎn)基因株系和E1超表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系其花期以及蓮座葉數(shù)均沒有顯著差異,同時(shí),擬南芥光周期開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中核心基因CO和FT的表達(dá)水平在不同株系中也無顯著差異;在短日照條件下,野生型水稻和E1超表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系其始穗期也無顯著差異。與擬南芥表達(dá)結(jié)果相一致的是,水稻光周期調(diào)控網(wǎng)絡(luò)核心基因Hd1和Hd3a的表達(dá)水平也無顯著差異。綜合以上結(jié)果,作為大豆光周期開花調(diào)控分子機(jī)制中核心調(diào)控因子的E1基因在長日照模式植物擬南芥和短日照單子葉植物水稻中異源表達(dá)均不能影響其開花調(diào)控,預(yù)示著大豆E1基因的開花調(diào)控功能需要大豆或近緣種的遺傳基礎(chǔ)。綜上所述,本研究明確了E1基因家族各成員之間在進(jìn)化中的關(guān)系;明確了E1基因開花調(diào)控需要大豆或近緣種的遺傳基礎(chǔ);也進(jìn)一步明確了PvE1L基因是E1基因的直系同源基因并且PvE1L基因可能與E1基因一樣,能夠作為開花抑制因子參與開花調(diào)控,然而MtE1L作為開花促進(jìn)因子參與蒺藜苜蓿的開花調(diào)控。預(yù)示著E1基因家族各基因成員的開花調(diào)控功能與種系密切相關(guān),這為豆科植物的光周期開花調(diào)控分子機(jī)制的研究提供了重要的理論依據(jù)和研究方向。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q943.2

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1 張玉芳;趙麗娟;曾幼玲;;基因表達(dá)研究中內(nèi)參基因的選擇與應(yīng)用[J];植物生理學(xué)報(bào);2014年08期

2 李旭平;樂衛(wèi)東;;單細(xì)胞基因表達(dá)分析技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用[J];生理科學(xué)進(jìn)展;2006年01期

3 胡瑞波;范成明;傅永福;;植物實(shí)時(shí)熒光定量PCR內(nèi)參基因的選擇[J];中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào);2009年06期

4 常青山,余增亮;基因表達(dá)分析方法及其研究進(jìn)展[J];生物技術(shù)通報(bào);2002年06期

5 占祖兵;張?jiān)?趙若蘋;王文;;炓腹果蠅中嵌合新基因的進(jìn)化命運(yùn)和表達(dá)模式[J];動(dòng)物學(xué)研究;2011年06期

6 何琳;何娟;沈耕宇;楊波;黃水清;;一種通過文本挖掘發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)參基因的方法研究[J];現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù);2012年Z1期

7 王怡,王海平,王全立;基因表達(dá)系列分析技術(shù)研究進(jìn)展[J];醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志;2004年03期

8 吳志革;鄒方東;;強(qiáng)大的廣譜基因表達(dá)分析技術(shù)——基因表達(dá)系列分析法[J];四川動(dòng)物;2006年03期

9 胡賡熙;檢查基因表達(dá)分析的生物技術(shù)——cDNA陣列開發(fā)成功[J];中國科學(xué)院院刊;2000年03期

10 鄭芳,周新,嚴(yán)明,葉水清,劉芳;微量材料系列性基因表達(dá)分析技術(shù)的研究[J];生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展;2002年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳維;;文昌魚SOX9基因的克隆與分析[A];遺傳學(xué)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展——2010中國青年遺傳學(xué)家論壇論文摘要匯編[C];2010年

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1 劉勝浩;南極絲瓜蘚耐逆相關(guān)功能基因的發(fā)掘和功能研究[D];山東大學(xué);2015年

2 孟璐;癌細(xì)胞中OCT4B的功能及所調(diào)控的p53新變體研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

3 齊笑笑;梨果實(shí)萼片宿存與脫落過程基因表達(dá)譜分析及PsIDA、PsJOINTLESS基因功能的初步研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

4 陳鑫;轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的共表達(dá)分析和擴(kuò)展應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2016年

5 李斌;擬南芥轉(zhuǎn)錄因子TCPs和表觀遺傳因子CLF及LHP1抑制KNOX基因的分子機(jī)制研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

6 張曉紅;陸地棉開花相關(guān)基因的功能研究及調(diào)控分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

7 高健;玉米抗紋枯病全基因組差異表達(dá)基因分析及分子調(diào)控機(jī)制研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

8 孫海燕;正向選擇驅(qū)動(dòng)被子植物4-香豆酸輔酶A連接酶基因的功能分化[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

9 張騰;大白菜抗根腫病基因CRb的分離克隆與功能鑒定[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

10 劉瑩;番茄心室形成相關(guān)調(diào)控基因的初步分析[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

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1 其木格;玉米黏蟲轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究及RNAi機(jī)制相關(guān)基因的克隆[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

2 劉祖碧;決明種子轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析及胰蛋白酶抑制劑基因的克隆與功能研究[D];西南交通大學(xué);2014年

3 張毛毛;水稻OsmtATPS1基因的克隆及功能初步分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

4 靳晶豪;辣椒疫病抗性相關(guān)基因CaPT11和CaHIR4的克隆及初步功能分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

5 肖瑤;茶樹AsA代謝相關(guān)酶基因的克隆及表達(dá)分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

6 楊立清;甜瓜CMe-ERF1和CMe-ERF2基因的功能研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

7 李亞莉;蘋果磷脂酸合成途徑相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析及DGK基因表達(dá)分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

8 徐偉;小麥bZIP基因TaGBF參與植物開花調(diào)控機(jī)制研究[D];山東大學(xué);2015年

9 位正玉;ABA脅迫相關(guān)的小麥MAC基因的克隆及功能研究[D];山東大學(xué);2015年

10 岳思思;擬南芥AT2G17350基因功能的初步研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

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