本文選題：馬鈴薯 + 花色素苷��； 參考：《甘肅農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文

【摘要】：馬鈴薯是世界范圍內(nèi)最重要的糧食作物之一,具有非常豐富的種質(zhì)資源,其薯肉和薯皮具有白、紅、紫等一系列色澤。彩色馬鈴薯不僅外形美觀,而且富含花色素苷,同時四倍體彩色馬鈴薯所含色素主要是�；ㄉ剀�,具有更好的穩(wěn)定性和抗氧化活性。作為植物中最主要的黃酮類物質(zhì),花色素苷除賦予馬鈴薯各種顏色外,還在昆蟲的傳粉,生長素運輸,保護葉片免受紫外線傷害,抗逆境等方面有重要的作用。作為天然色素,花色素苷可應(yīng)用于食品、化妝品等行業(yè),同時它被證明具有抗氧化、抗病毒、延緩機體組織衰老、抑制炎癥和過敏、預防心血管疾病、提高人體免疫力、抗癌等作用,其醫(yī)藥價值更是備受關(guān)注。研究表明花色素苷的合成代謝受到轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控,目前已鑒定了三類參與花色素苷代謝合成的轉(zhuǎn)錄因子,分別為MYB家族成員、b HLH蛋白和WD40因子,其中R2R3MYB為最主要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。本研究對白色(新大坪)和紫色(黑美人)馬鈴薯品種的轉(zhuǎn)錄組進行高通量測序,并通過生物信息學方法篩選分析兩組轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)庫(白皮/紫皮和白肉/紫肉)的差異表達基因,特別是和花色素苷合成相關(guān)的差異表達轉(zhuǎn)錄因子,并對轉(zhuǎn)錄因子的功能及調(diào)控機理進行深入的研究。研究中獲得的主要結(jié)果如下:1.為了鑒定在馬鈴薯塊莖中參與花色素苷合成的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子,本研究利用Illumina Hi Seq 2000雙末端測序技術(shù)對白皮白肉和紫皮紫肉馬鈴薯品種進行高通量測序,將RNA-seq數(shù)據(jù)庫進行比對分析,在白皮/紫皮轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫中鑒定了10499個差異表達基因,其中4387個基因上調(diào),6112個基因下調(diào);在白肉/紫肉轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫中鑒定了8157個差異表達基因,其中3685個基因上調(diào),4472個基因下調(diào)。我們進一步分析了在不同品種間和花色素苷合成相關(guān)的差異表達基因,鑒定出了新的可能參與花色素苷合成的結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄因子,包括在紫皮/白皮轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫中的48個結(jié)構(gòu)基因,26個MYB轉(zhuǎn)錄因子和27個b HLH轉(zhuǎn)錄因子,在紫肉/白肉轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫中的45個結(jié)構(gòu)基因,21個MYB轉(zhuǎn)錄因子和17個b HLH轉(zhuǎn)錄因子;并利用熒光定量PCR技術(shù)驗證11個篩選出的差異表達基因,結(jié)果表明熒光定量PCR數(shù)據(jù)和RNA-Seq數(shù)據(jù)具有良好的相關(guān)性。同時進一步鑒定了兩組數(shù)VI據(jù)庫中的SNP并在UFGT,AN1和b HLH1基因中做了驗證,結(jié)果和RNA-Seq數(shù)據(jù)均一致。2.為了對篩選出的候選MYB轉(zhuǎn)錄因子功能進行深入的研究,本研究從四個彩色馬鈴薯品種中分離出R2R3 MYB-St AN1轉(zhuǎn)錄因子的三個等位基因(基因家族),通過序列分析發(fā)現(xiàn)三個等位基因的差別在于C端由10個氨基酸序列組成的重復結(jié)構(gòu)(R)數(shù)目的不同,根據(jù)R的數(shù)目,將其分別命名為R0,R1和R3。這些St AN1的等位基因在彩色組織中高表達,在白色組織中也有少量表達,通過q PCR和RNA-Seq結(jié)果發(fā)現(xiàn)白色品種St AN1的大部分轉(zhuǎn)錄本被截斷;同時發(fā)現(xiàn)了一些新的R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子St MYBA1和St MYB113的等位基因(基因家族),它們在白色塊莖中也有很高的表達量。對這些R2R3 MYB轉(zhuǎn)錄因子在煙草中進行瞬時表達實驗進行功能鑒定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)含有一個重復結(jié)構(gòu)R的等位基因St AN1-R1調(diào)控花色素苷合成的能力最強,進一步將R結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)移到缺少該結(jié)構(gòu)的MYB序列中,發(fā)現(xiàn)R重復結(jié)構(gòu)可以有效提高MYB基因調(diào)控花色素苷合成的能力。St MYBA1和St MYB113的等位基因(基因家族)也能夠調(diào)控煙草葉片花色素苷的合成。煙草穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化研究發(fā)現(xiàn),St AN1和St MYBA1的等位基因(基因家族)可以顯著提高煙草內(nèi)源b HLH的表達以及結(jié)構(gòu)基因的表達,促進煙草各個組織花色素苷的積累,其中St AN1-R1的調(diào)控能力最強,和瞬時表達實驗結(jié)果相一致,且光是MYB轉(zhuǎn)錄調(diào)控必不可少的外界因素。3.為了對篩選出的候選b HLH轉(zhuǎn)錄因子功能進行深入的研究,本研究從四個品種中分離了五個Stb HLH1等位基因(基因家族)和一個St JAF13基因,進一步研究與MYB轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合與協(xié)同調(diào)控能力。研究發(fā)現(xiàn)從白皮和紅皮中分離出的兩個Stb HLH1等位基因沒有功能,其余三個Stb HLH1等位基因與MYB轉(zhuǎn)錄因子具有不同的協(xié)同調(diào)控能力,但必須要被St JAF13轉(zhuǎn)錄因子所激活,Stb HLH1s和St JAF13基因只在彩色組織中高表達。4.綜合結(jié)果分析表明,St AN1是調(diào)控花色素苷合成的重要轉(zhuǎn)錄因子,其等位基因的調(diào)控能力與花色素苷的積累程度密切相關(guān),當St AN1,St MYBA1和St MYB113在彩色塊莖組織甚至白色組織中都表達,Stb HLH1和St JAF13轉(zhuǎn)錄因子才是最重要的協(xié)同調(diào)控因子。RNA-Seq和q PCR結(jié)果表明,在馬鈴薯白色塊莖組織中,St AN1的大部分轉(zhuǎn)錄本被截斷,因此可推測在白色組織中,由于St AN1轉(zhuǎn)錄本的不同加工過程以及Stb HLH1等位基因失去功能等原因造成Stb HLH1和St JAF13的表達無法被激活,進而導致無法合成花色素苷;彩色馬鈴薯塊莖組織中花色素苷積累量的不同是因為內(nèi)源MYB和b HLHs等位基因的結(jié)合和協(xié)同調(diào)控能力的不同,以及失去功能的轉(zhuǎn)錄因子等位基因的競爭抑制所致。
[Abstract]:In order to identify the structural genes involved in the synthesis of anthocyanin and to regulate the transcription factors , it has been proved to have antioxidant , antiviral , anti - aging , anti - adversity and so on . It has been proved that the synthesis and metabolism of anthocyanin is regulated by transcription factors . Three alleles ( gene families ) of the transcription factors of R2R3 MYB - St AN1 were isolated from four color potato varieties . The results showed that the alleles ( gene family ) of St AN1 and St MYB113 had the strongest ability to control the synthesis of anthocyanin . Stb HLH1 and St JAF13 transcription factors are the most important co - regulation factors in color tubers and even white tissues . The results of RNA - Seq and q - PCR indicate that in the white tissue of potato , the expression of Stb HLH1 and St JAF13 can not be activated due to the different processing processes of St AN1 transcript and the loss of function of Stb HLH1 allele .
【學位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S532
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本文編號：2017416