本文選題：巨桉　切入點：毛果楊　出處：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：轉(zhuǎn)錄因子是功能基因組時代的研究熱點。植物中的家族轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控了許多重要的生物學(xué)過程,包括形態(tài)建成、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)等。LBD(Lateral Organ Boundaries Domain)/ASL(ASYMMETRIC LEAVES2-LIKE)蛋白是一類植物所特有的轉(zhuǎn)錄因子,在調(diào)控植物生長發(fā)育、營養(yǎng)代謝以及逆境脅迫響應(yīng)等方面發(fā)揮重要作用。巨桉和毛果楊是重要的速生木本植物,其木材被廣泛用于木質(zhì)纖維素生物燃料的生產(chǎn)、造紙與紙漿工業(yè)以及纖維素原料的產(chǎn)品。棉花是最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一,它是纖維及油料的重要來源。自2006年、2012年、2014年毛果楊、雷蒙德氏棉、巨桉全基因組測序工作分別完成以來,使得在基因組水平上對LBD基因家族進(jìn)行分析成為可能。因此,本文以巨桉、毛果楊、雷蒙德氏棉為研究對象,從中鑒定出LBD基因家族并成功篩選出一批重要的LBD基因,期望為今后促進(jìn)木本植物木材的形成和提高其纖維產(chǎn)量提供基因資源和技術(shù)支撐。主要結(jié)果如下:利用生物信息學(xué)方法,從巨桉基因組中共鑒定出46個LBD基因,發(fā)現(xiàn)它們不均勻地分布在11條染色體上�；谶M(jìn)化關(guān)系分析,巨桉LBD基因可以分為ClassⅠ和ClassⅡ兩大類,并進(jìn)一步細(xì)分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅰe、Ⅰf、Ⅱa和Ⅱb等8個亞類。通過qRT-PCR檢測LBD基因家族成員在不同組織的表達(dá)模式,發(fā)現(xiàn)EgLBD29基因在木質(zhì)部特異地高表達(dá),EgLBD22和EgLBD37基因在韌皮部特異地高表達(dá)。共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果表明,EgLBD22、EgLBD29和EgLBD37蛋白定位于細(xì)胞核。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)EgLBD22、EgLBD29和EgLBD37基因的表達(dá)響應(yīng)生長素和赤霉素脅迫處理。通過挑選這三個巨桉LBD基因在雜交楊樹種84K(Populus alba×Populus glandulosa)中異位表達(dá)研究其功能,結(jié)果證明這三個基因?qū)?4K次生生長過程產(chǎn)生了不同程度的影響:過表達(dá)EgLBD37基因的84K楊的次生木質(zhì)部顯著增厚,過表達(dá)EgLBD29基因的84K楊的韌皮纖維顯著增多,過表達(dá)EgLBD22基因的84K楊則沒有明顯的表型變化。通過對EgLBD22-oe、EgLBD29-oe和EgLBD37-oe轉(zhuǎn)基因84K和野生型84K進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因84K楊中一些與赤霉素、乙烯、生長素信號通路、細(xì)胞擴(kuò)增相關(guān)的重要基因的表達(dá)量明顯上調(diào)或下調(diào)。這些新發(fā)現(xiàn)表明EgLBD29和EgLBD37基因在巨桉次生生長過程中發(fā)揮著重要的作用,本研究得到了一種促進(jìn)木材形成和提高纖維產(chǎn)量的新方法。從毛果楊基因組中鑒定出57個LBD基因并預(yù)測其分子量和等電點,結(jié)果表明:這些基因分布于毛果楊18條染色體以及Scaffold_65、Scaffold_86上。該家族成員基因結(jié)構(gòu)簡單,內(nèi)含子數(shù)目不超過2個。進(jìn)化關(guān)系分析顯示毛果楊LBD基因可以分為ClassⅠ和ClassⅡ兩大類,并進(jìn)一步細(xì)分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅰe、Ⅱa和Ⅱb等7個亞類。分析基因表達(dá)模式發(fā)現(xiàn),該家族成員的表達(dá)具有一定時空特異性,并響應(yīng)氮素脅迫處理。這些工作為今后深入研究毛果楊LBD基因的功能奠定了基礎(chǔ)。從雷蒙德氏棉基因組中鑒定出66個LBD基因,發(fā)現(xiàn)它們不均勻的分布在13條染色體上。這些基因可以分為ClassⅠ和ClassⅡ兩大類,細(xì)分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅱa和Ⅱb等6個亞類。該家族基因結(jié)構(gòu)簡單,外顯子數(shù)目不超過3個。從雷蒙德氏棉LBD家族成員中共找出15段保守基序,并對LOB(Lateral Organ Boundaries)結(jié)構(gòu)域的保守性進(jìn)行了分析�；虮磉_(dá)模式分析揭示出雷蒙德氏棉LBD基因家族的表達(dá)具有一定時空特異性,這些結(jié)果為今后雷蒙德氏棉LBD基因功能的驗證奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Transcription factor is a hot research topic in functional genomics era. The family of transcription factors in plants is involved in many important biological processes, including morphogenesis, signal transduction, environmental stress reaction.LBD (Lateral Organ Boundaries Domain) /ASL (ASYMMETRIC LEAVES2-LIKE) protein is a transcription factor specific to a class of plant growth and development, in the regulation of plant and play an important role in nutrient metabolism and stress response. Eucalyptus and poplar is an important fast-growing woody plants, the wood is widely used in the production of lignocellulosic biofuels, products of paper and pulp industry and cellulose raw materials. Cotton is one of the most important economic crops, it is an important source of fiber and oil. Since 2006, 2012, 2014 Raymond S p.trichocarpa, cotton, Eucalyptus grandis genome sequencing work were completed to make at the genomic level The LBD gene family of analysis possible. Therefore, in this paper, Eucalyptus grandis, Populus trichocarpa, Raymond S cotton as the research object, from the identified LBD gene family and successfully screened a number of important LBD gene, is expected to provide gene resources and technical support for the future promotion of the fiber yield of wood and woody plants to improve. The main results are as follows: using bioinformatics methods, from E. grandis genome identified 46 LBD genes and found that they are not uniformly distributed in 11 chromosomes. Based on the analysis of evolutionary relationship of Eucalyptus grandis LBD gene can be divided into Class I and Class II two categories, and further subdivided into 1 a. I B, I C, d I, e I, f I, II a II and B 8 subtypes. By qRT-PCR detection of LBD gene family expression pattern in different tissues, EgLBD29 gene was found in xylem specific high expression of EgLBD22 and EgLBD37 genes in the phloem. High specific expression. Confocal microscopy showed that EgLBD22, EgLBD29 and EgLBD37 protein located in the nucleus. In addition, the study also found that EgLBD22, in response to auxin and gibberellin stress expression of EgLBD29 and EgLBD37 gene. By selecting the Three Eucalyptus grandis LBD gene in hybrid poplar 84K (Populus Alba * Populus glandulosa) ectopic expression of its function, the results demonstrate that the three genes had different effect on the secondary growth process of 84K: the expression of EgLBD37 gene in poplar 84K secondary xylem thickening and the expression of EgLBD29 gene in 84K poplar phloem fiber was increased. The expression of EgLBD22 gene in poplar 84K had no obvious phenotypic changes. The EgLBD22-oe, EgLBD29-oe and EgLBD37-oe transgenic 84K and wild type 84K transcriptome sequencing, found in some transgenic poplar 84K and ethylene, gibberellin, auxin Signal pathway, cell expansion expression important genes related to the up-regulated or down regulated. These new findings show that play an important role in the growth of EgLBD29 and EgLBD37 genes in Eucalyptus grandis secondary process, this study got a promotion of wood formation and improve the new method of fiber production. From the identified 57 LBD genes in hair if the poplar genome and predict its molecular weight and isoelectric point. The results show that the distribution of these genes in Populus trichocarpa 18 chromosomes and Scaffold_65 Scaffold_86. The gene has the advantages of simple structure, intron number is less than 2. The evolutionary relationship analysis showed that LBD gene of Populus trichocarpa can be divided into Class and 1 Class II two categories, and further subdivided into 1 A, 1 B, 1 C, 1 D, 1 e, 2 A and B II 7 subtypes. Analysis of gene expression patterns showed that expression of members of the family has a certain temporal specificity and response to nitrogen stress . these work laid the foundation for further research on LBD gene of Populus trichocarpa function. From the identified 66 LBD gene Raymond cotton genome, see that they are not evenly distributed in 13 chromosomes. These genes can be divided into Class I and Class II two categories, subdivided into 1 A, 1 B, I C, I D, a II and B II 6 subtypes. The gene structure of the family, the exon number no more than 3. Find out 15 conserved motifs from the members of the Raymond S family and the cotton LBD, LOB (Lateral Organ Boundaries) domain of conservation are analyzed. Gene expression pattern analysis revealed the expression of Raymond S cotton LBD gene family has a certain temporal specificity, these results lay the foundation for future validation of Raymond S cotton LBD gene function.

【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S792.11;S792.39;S562

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本文編號：1610985