本文關鍵詞：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

  更多相關文章： E1 同源基因 模式植物 豆科植物 開花期

【摘要】：大豆生育期基因E1是大豆光周期開花調(diào)控網(wǎng)絡中的核心調(diào)控因子。本研究以生物信息學為基礎,分析了E1基因及其高度同源序列基因和蛋白結構及其進化關系,并對E1、PvE1L和MtE1L等基因通過遺傳轉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、蛋白序列結構及其進化關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);生物信息學分析結果表明E1基因家族基因都只含有外顯子,同時其編碼蛋白序列和結構相似,都含有一個雙邊核定位信號(NLS)和一個保守的B3遠緣相關結構域(B3-like結構域)。與大部分基因的B3結構域相比,在MtE1L和LjE1L各含有1個額外的螺旋結構;CcE1L2中則含有2個額外的螺旋結構;E1基因家族進化分析結果表明,9個基因主要分為兩個主要進化分枝,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化時間估算結果顯示,除大豆中E1La和E1Lb外,與E1基因親緣關系最近的是PvE1L基因,同時,E1和E1La/E1Lb間的分化源于大豆第二次全基因組復制后。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基因并構建了植物表達載體,以e1-as基因型大豆栽培品種東農(nóng)50為遺傳轉化受體,通過根癌農(nóng)桿菌介導大豆子葉節(jié)方法將目的基因整合到大豆基因組中并成功表達。開花期及重要農(nóng)藝性狀表型調(diào)查結果顯示,E1基因和PvE1L基因轉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間更晚,同時株高更高并且節(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基因轉基因株系其花期及重要農(nóng)藝性狀則與以上轉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分析結果顯示,MtE1L基因在長日照條件下表達水平更高;并特異表達于葉片中,尤以完全展開三出復葉最高;其表達模式以24h為一周期,在一個周期內(nèi)呈現(xiàn)明顯的雙峰型,分別在ZT4和ZT16時表達水平達到最高。結果表明MtE1L基因表達受光周期影響。mte1l蒺藜苜蓿突變體分析進一步發(fā)現(xiàn),當MtE1L基因失去功能后,mte1l突變株系表現(xiàn)為晚花表型。以上結果表明MtE1L基因在蒺藜苜蓿中作為開花促進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基因為E1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,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為試驗材料,分別通過花序浸蘸法和水稻農(nóng)桿菌介導法對擬南芥和水稻進行遺傳轉化。對野生型株系和轉基因株系花期的調(diào)查結果及擬南芥CO、FT和水稻Hd1、Hd3a基因表達水平的檢測結果顯示,在長日照條件下,野生型擬南芥、空植物表達載體轉基因株系和E1超表達轉基因株系其花期以及蓮座葉數(shù)均沒有顯著差異,同時,擬南芥光周期開花調(diào)控網(wǎng)絡中核心基因CO和FT的表達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超表達轉基因株系其始穗期也無顯著差異。與擬南芥表達結果相一致的是,水稻光周期調(diào)控網(wǎng)絡核心基因Hd1和Hd3a的表達水平也無顯著差異。綜合以上結果,作為大豆光周期開花調(diào)控分子機制中核心調(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均不能影響其開花調(diào)控,預示著大豆E1基因的開花調(diào)控功能需要大豆或近緣種的遺傳基礎。綜上所述,本研究明確了E1基因家族各成員之間在進化中的關系;明確了E1基因開花調(diào)控需要大豆或近緣種的遺傳基礎;也進一步明確了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作為開花促進因子參與蒺藜苜蓿的開花調(diào)控。預示著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,這為豆科植物的光周期開花調(diào)控分子機制的研究提供了重要的理論依據(jù)和研究方向。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q943.2

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張玉芳;趙麗娟;曾幼玲;;基因表達研究中內(nèi)參基因的選擇與應用[J];植物生理學報;2014年08期

2 李旭平;樂衛(wèi)東;;單細胞基因表達分析技術在神經(jīng)科學研究中的應用[J];生理科學進展;2006年01期

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

4 常青山,余增亮;基因表達分析方法及其研究進展[J];生物技術通報;2002年06期

5 占祖兵;張越;趙若蘋;王文;;炓腹果蠅中嵌合新基因的進化命運和表達模式[J];動物學研究;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)實時定量聚合酶鏈式反應實驗內(nèi)參基因的方法研究[J];現(xiàn)代圖書情報技術;2012年Z1期

7 王怡,王海平,王全立;基因表達系列分析技術研究進展[J];醫(yī)學分子生物學雜志;2004年03期

8 吳志革;鄒方東;;強大的廣譜基因表達分析技術——基因表達系列分析法[J];四川動物;2006年03期

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

10 鄭芳,周新,嚴明,葉水清,劉芳;微量材料系列性基因表達分析技術的研究[J];生物化學與生物物理進展;2002年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

2 孟璐;癌細胞中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;2015年

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

4 陳鑫;轉錄組數(shù)據(jù)的共表達分析和擴展應用[D];吉林大學;2016年

5 李斌;擬南芥轉錄因子TCPs和表觀遺傳因子CLF及LHP1抑制KNOX基因的分子機制研究[D];復旦大學;2012年

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

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

8 孫海燕;正向選擇驅(qū)動被子植物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;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;2015年

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

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 其木格;玉米黏蟲轉錄組學研究及RNAi機制相關基因的克隆[D];內(nèi)蒙古大學;2015年

2 劉祖碧;決明種子轉錄組學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;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;2015年

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

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

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

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

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

，

本文編號：1259227