本文關(guān)鍵詞：水稻BAHD�；D(zhuǎn)移酶的功能鑒定，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》 2015年

水稻BAHD�；D(zhuǎn)移酶的功能鑒定

高彥強(qiáng)  

【摘要】：植物代謝物種類繁多,目前已知就達(dá)到20-100萬種。代謝物在植物自身生長發(fā)育資源分配以及各種生物非生物脅迫起著重要功能。O-�；蚇-�；謩e產(chǎn)生酯類和酰胺,是最主要的次生代謝物的修飾之一。BAHD�；D(zhuǎn)移酶是植物中所特有的,參與多種植物次生代謝物的合成和修飾,如類黃酮、生物堿、萜類、多胺、花青素和揮發(fā)性酯類的酰基化修飾等。LC-MS(液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用)是一種高效的檢測植物次生代謝物方法。本實(shí)驗(yàn)室基于MIM-EPI(多離子監(jiān)測模式-增強(qiáng)子離子掃描)和MRM(多反應(yīng)監(jiān)測模式)建立了LC-MS代謝組學(xué)平臺,構(gòu)建了水稻不同組織MS2T(二級質(zhì)譜標(biāo)簽)數(shù)據(jù)庫,利用標(biāo)準(zhǔn)品鑒定了近200種代謝物,發(fā)展了一種廣譜定向的代謝組學(xué)研究方法。該方法可以在較短的時間內(nèi)(30min)檢測800多種代謝物,同時實(shí)現(xiàn)定性與定量�；诖薒C-MS平臺,我們利用MH63和ZS97為親本的210個RILs(重組自交系)群體來研究水稻代謝組的遺傳調(diào)控。在抽穗期劍葉和發(fā)芽72h的種子中共檢測了900多種代謝物,劍葉中定位了1884個m QTL(代謝數(shù)量性狀座位)位點(diǎn),種子中定位了937個m QTL位點(diǎn)。通過分析代謝譜及m QTL的定位結(jié)果,揭示了兩個組織中代謝物不同的積累模式和遺傳調(diào)控模式,并利用MH63導(dǎo)入ZS97的大片段導(dǎo)入系(IL)群體在劍葉中初步驗(yàn)證了m QTL的結(jié)果。在所選定的64個代謝物中,有50個m QTL的結(jié)果至少在兩個家系中得到了驗(yàn)證。根據(jù)m QTL定位的結(jié)果,通過代謝物結(jié)構(gòu)并結(jié)合生物信息學(xué)分析篩選到了24個候選基因。對于其中一個控制黃酮�；腝TL位點(diǎn),我們選取了2個BAHD酰基轉(zhuǎn)移酶作為候選基因,最終通過體內(nèi)轉(zhuǎn)基因的方法驗(yàn)證了這個QTL位點(diǎn),初步研究了Os02g28170(Os Ma T2)和Os02g28340(Os Ma T3)的功能。m QTL的研究為水稻代謝組學(xué)提供了大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和結(jié)果,深化了人們對水稻代謝組的遺傳基礎(chǔ)的理解,有助于搭建基因組和表型組之間的橋梁。為了進(jìn)一步解析水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎(chǔ),我們利用529個水稻自然品種來研究水稻代謝組自然變異的遺傳和生化基礎(chǔ)。在五葉期葉片中共檢測了840種代謝物并進(jìn)行了m GWAS(代謝全基因組關(guān)聯(lián)分析)。通過自然品種代謝譜的分析,發(fā)現(xiàn)水稻代謝物在不同品種間及秈稻粳稻兩個亞種間存在巨大差異。通過物質(zhì)解析,結(jié)合芯片數(shù)據(jù)、表達(dá)譜、基因共表達(dá),誘導(dǎo)表達(dá)譜信息以及物質(zhì)共積累網(wǎng)絡(luò)綜合分析我們篩選了36個候選基因。通過體內(nèi)轉(zhuǎn)基因和體外酶活的實(shí)驗(yàn)共鑒定5個基因的功能,其中3個為BAHD酰基轉(zhuǎn)移酶基因。阿魏酰胍丁胺(N-feruloyl agmatine,Fer-Agm)是通過胍丁胺(agmatine)阿魏酰�；纬傻囊环N酚胺,在m GWAS定位結(jié)果中,阿魏酰胍丁胺的含量和4號染色體上的SNP sf0433733272顯著相關(guān)聯(lián)(P=4.1×10-15),在這個SNP下游10 kb,有一個BAHD�；D(zhuǎn)移酶基因Os04g46910,提示這個基因可能參與阿魏酰胍丁胺的合成,通過體內(nèi)超表達(dá)基因轉(zhuǎn)化的方法和體外酶活實(shí)驗(yàn)證明了Os04g46910催化胍丁胺進(jìn)行阿魏酰�；墓δ�。阿魏酰腐胺(N-feruloyl putrescine,Fer-Put)是通過腐胺(putrescine)阿魏酰�；纬傻囊环N酚胺,阿魏酰胍丁胺的含量和9號染色體上的SNP sf0921455575顯著相關(guān)聯(lián)(P=6.3×10-22),Os09g37200在這個SNP上游8 kb,提示這個基因可能參與阿魏酰腐胺的合成。通過基因超表達(dá)轉(zhuǎn)化的方法和體外酶活實(shí)驗(yàn)證明了Os09g37200具有催化腐胺進(jìn)行阿魏酰�；墓δ�。此外,我們還驗(yàn)證了一類未知代謝物mr1133定位的GWAS位點(diǎn),通過轉(zhuǎn)基因的方法證明了Os11g42370參與mr1133的合成過程,認(rèn)為mr1133是一類通過�；磻�(yīng)合成的物質(zhì)酯類或者酰胺,因此,基因的功能對于鑒定未知物質(zhì)有一定的幫助作用。我們還利用不同的自然群體對亞精胺類物質(zhì)進(jìn)行GWAS,香豆酰亞精胺(coumaroyl spermidine,Cou-Spd)的含量與12號染色體SNP sf1215974303顯著相關(guān)聯(lián)(P=6.9×10-98),在上游4 kb和下游21 kb分別找到2個BAHD�；D(zhuǎn)移酶基因Os12g27220和Os12g27254,進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)這兩個基因參與亞精胺二芥子酰�；腁t SDT進(jìn)化距離較近,并且通過轉(zhuǎn)基因的方法證明了Os12g27220和Os12g27254的功能。m GWAS的研究成功表明水稻代謝組的遺傳和生化基礎(chǔ)研究,可以作為遺傳改良的有力的工具,從而實(shí)現(xiàn)作物品質(zhì)的改良。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S511;Q946.5
【目錄】：

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【共引文獻(xiàn)】

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