本文關(guān)鍵詞：甘蔗纖維素酶基因家族基因組演化與功能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：甘蔗屬于禾本科植物,是一種國際公認(rèn)最有前景的富含纖維素的綠色非糧能源作物。甘蔗渣中含有豐富的潛在能源物質(zhì)一一纖維素。纖維素酶是纖維素積累途徑的關(guān)鍵酶。目前,尚未有甘蔗纖維素酶的相關(guān)研究報道。本研究旨在探究甘蔗中參與纖維素積累的基因資源。運(yùn)用比較基因組學(xué)手段鑒定纖維素酶基因家族成員,并運(yùn)用模式植物擬南芥探究基因功能。運(yùn)用比較基因組學(xué)預(yù)測得到甘蔗近緣物種高粱纖維素酶基因7個家族,共73個成員。從甘蔗割手密種BAC文庫中測序鑒定得到24個成員。聚類分析顯示7個家族在進(jìn)化樹上具有明顯的分支,推測在功能上具有明顯的區(qū)別。高粱與甘蔗纖維素酶的同源性比對分析,二者具有很高的同源性(≥90%)。甘蔗GH9A和GH9C亞家族成員基因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,演化速率慢,推測是家族的主效基因。GH9B亞家族成員數(shù)量較多,基因結(jié)構(gòu)差異大,演化速率快,推測存在功能冗余。利用RNA-Seq技術(shù)中的RPKM值對纖維素酶基因家族73個成員,在甘蔗熱帶種、大莖野生種、割手密種中的表達(dá)水平進(jìn)行分析。結(jié)果顯示73個成員表達(dá)十分不平衡。基因家族中具有6個高表達(dá)基因和9個次中等表達(dá)基因,余下均是低表達(dá)基因。ScGH9A3是表達(dá)量最高的家馴化纖維素酶基因。高表達(dá)基因主要在幼嫩部位表達(dá),易受干旱脅迫影響。干旱脅迫下,除了ScGH47-4,大部分基因都呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá)。在干旱脅迫下纖維素酶基因表達(dá)總量由高至低依次為：熱帶種、大莖野生種、割手密種,與三個甘蔗原始種的耐旱能力相吻合。運(yùn)用擬南芥突變體,對甘蔗纖維素酶基因進(jìn)行功能分析。通過對擬南芥突變體表型觀察分析,推測AtGH9B8參與纖維素的合成,AtGH9B3、AtGH9B19、AtGH9B4和AtGH9B18參與纖維素的水解。纖維素酶基因家族成員間不僅能相互協(xié)同發(fā)揮作用,也能相互拮抗。從甘蔗中克隆得到10個纖維素酶基因cDNA,從擬南芥中克隆到5個纖維素酶基因cDNA和13個啟動子。構(gòu)建了ScGH9A3、ScGH9B16、ScGH9B5、 ScGH9B14,4個表達(dá)載體,轉(zhuǎn)化擬南芥突變體,進(jìn)一步探究甘蔗纖維素酶的功能。
【關(guān)鍵詞】：甘蔗 纖維素酶 比較基因組學(xué) 基因表達(dá) 基因功能 擬南芥
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S566.1
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-12
• 緒論12-26
• 一、研究背景12
• 二、文獻(xiàn)綜述12-25
• 1.1 甘蔗基因組特征13-14
• 1.1.1 甘蔗基因組的復(fù)雜性與遺傳多樣性13-14
• 1.1.2 甘蔗基因組與高粱基因組結(jié)構(gòu)的共線性14
• 1.2 纖維素的研究概述14-15
• 1.2.1 纖維素的價值14
• 1.2.2 纖維素分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)意義14-15
• 1.3 微生物纖維素酶研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 微生物纖維素酶種類及特點(diǎn)15-17
• 1.3.2 微生物纖維素酶催化機(jī)制17
• 1.3.3 微生物纖維素酶基因家族進(jìn)化分析17-18
• 1.4 植物纖維素酶研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 植物纖維素酶種類與特點(diǎn)18-19
• 1.4.2 植物纖維素酶功能分析19-20
• 1.4.3 植物纖維素酶表達(dá)調(diào)控20-21
• 1.4.4 植物纖維素酶基因家族進(jìn)化分析21-22
• 1.5 甘蔗復(fù)雜基因組的研究方案22-25
• 1.5.1 高通量測序技術(shù)與測序平臺22-23
• 1.5.2 RNA-Seq技術(shù)23-25
• 三、本研究目的、意義和內(nèi)容25-26
• 第一章 比較基因組學(xué)鑒定甘蔗纖維素酶基因家族成員及其演化26-48
• 第一節(jié) 前言26
• 第二節(jié) 材料26-28
• 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源及應(yīng)用軟件26-28
• 第三節(jié) 方法28-30
• 1.3.1 纖維素酶基因GH9家族的數(shù)據(jù)搜索28
• 1.3.2 甘蔗纖維素酶基因GH9家族成員的預(yù)測28-29
• 1.3.3 纖維素酶基因GH9家族成員的進(jìn)化分析29
• 1.3.4 植物底物非特異性纖維素酶基因家族數(shù)據(jù)搜索29-30
• 第四節(jié) 結(jié)果與分析30-46
• 1.4.1 高粱中底物非特異性纖維素酶基因家族成員系統(tǒng)發(fā)育分析30-33
• 1.4.2 九種植物纖維素酶基因GH9家族的搜索結(jié)果33-39
• 1.4.3 甘蔗纖維素酶基因GH9家族成員生物信息學(xué)預(yù)測39-40
• 1.4.4 高粱和甘蔗的纖維素酶基因GH9家族成員的比較40-42
• 1.4.5 甘蔗纖維素酶基因GH9家族成員基因結(jié)構(gòu)分析42-44
• 1.4.6 纖維素酶基因GH9家族成員進(jìn)化分析44-46
• 第五節(jié) 討論46-48
• 第二章 甘蔗纖維素酶基因家族的共表達(dá)分析48-68
• 第一節(jié) 前言48
• 第二節(jié) 材料48-49
• 2.2.1 植物材料48-49
• 2.2.2 試劑和儀器49
• 2.2.2.1 試劑49
• 2.2.2.2 儀器49
• 第三節(jié) 方法49-58
• 2.3.1 甘蔗纖維素酶基因家族成員表達(dá)分析49-51
• 2.3.1.1 甘蔗組織RNA的提取49-50
• 2.3.1.2 RNA樣品的消化50
• 2.3.1.3 Illminua Hiseq2000高通量測序50-51
• 2.3.2 RNA-seq技術(shù)組裝分析51-52
• 2.3.3 甘蔗纖維素酶基因單倍型Haplotype數(shù)目分析52-58
• 2.3.3.1 單倍型數(shù)目分析的引物設(shè)計52-57
• 2.3.3.2 甘蔗組織DNA的提取57
• 2.3.3.3 PCR反應(yīng)57-58
• 2.3.3.4 單倍型數(shù)目分析PCR產(chǎn)物純化回收和高通量測序58
• 2.3.2.5 數(shù)據(jù)組裝分析58
• 第四節(jié) 結(jié)果與分析58-66
• 2.4.1 甘蔗纖維素酶基因家族成員表達(dá)分析58-65
• 2.4.2 甘蔗纖維素酶基因單倍型Haplotype數(shù)目分析65-66
• 2.4.2.1 甘蔗基因組DNA的提取與PCR產(chǎn)物純化回收和高通量測序65-66
• 2.4.2.2 組裝數(shù)據(jù)分析66
• 第五節(jié) 討論66-68
• 第三章 擬南芥纖維素酶基因家族突變體的鑒定和甘蔗纖維素酶基因家族的克隆轉(zhuǎn)化68-98
• 第一節(jié) 前言68
• 第二節(jié) 材料68-69
• 3.2.1 植物材料68
• 3.2.2 試劑和儀器68-69
• 3.2.2.1 試劑68-69
• 3.2.2.2 儀器69
• 第三節(jié) 方法69-85
• 3.3.1 擬南芥突變體的鑒定與表型觀察69-75
• 3.3.1.1 擬南芥突變體的查找69-70
• 3.3.1.2 擬南芥突變體的種植70-71
• 3.3.1.3 擬南芥突變體鑒定的引物設(shè)計71-73
• 3.3.1.4 擬南芥突變體基因組DNA的粗提取73
• 3.3.1.5 擬南芥突變體雜合度PCR檢測73-74
• 3.3.1.6 擬南芥突變體表型觀察74-75
• 3.3.2 運(yùn)用Gateway技術(shù)構(gòu)建甘蔗和擬南芥纖維素酶基因的表達(dá)載體75-83
• 3.3.2.1 甘蔗和擬南芥葉片組織RNA提取與cDNA—鏈合成75-76
• 3.3.2.2 甘蔗和擬南芥纖維素酶基因cDNA克隆的引物設(shè)計76-77
• 3.3.2.3 甘蔗和擬南芥纖維素酶基因的cDNA克隆77-78
• 3.3.2.4 BP反應(yīng)78-80
• 3.3.2.5 LR反應(yīng)80-83
• 3.3.3 目的載體轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌83
• 3.3.4 浸花法轉(zhuǎn)化擬南芥83-84
• 3.3.5 擬南芥雙基因突變體的獲得與鑒定84-85
• 第四節(jié) 結(jié)果與分析85-96
• 3.4.1 擬南芥突變體的鑒定與表型觀察85-92
• 3.4.1.1 擬南芥突變體雜合度PCR檢測85
• 3.4.1.2 擬南芥純合突變體表型觀察85-92
• 3.4.2 運(yùn)用Gateway技術(shù)構(gòu)建甘蔗和擬南芥纖維素酶基因的表達(dá)載體92-95
• 3.4.2.1 甘蔗和擬南芥纖維素酶基因的cDNA克隆92-93
• 3.4.2.2 BP反應(yīng)93
• 3.4.2.3 LR反應(yīng)93-95
• 3.4.3 目的載體轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌和浸花法轉(zhuǎn)化擬南芥95
• 3.4.4 擬南芥雙突變的獲得與篩選95-96
• 第五節(jié) 討論96-98
• 第四章 結(jié)論98-100
• 附錄1 名詞縮寫表100-101
• 附錄2 培養(yǎng)基配方101-102
• 附錄3 常用試劑102-104
• 參考文獻(xiàn)104-114
• 攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果114-116
• 致謝116-118
• 個人簡歷118-122

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 柴國華;付先虎;白澤濤;黃軍艷;劉勝毅;;植物內(nèi)切β-1,4-葡聚糖酶基因研究進(jìn)展[J];中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報;2009年05期

2 孔凱;孟寧;馮琳;李師翁;;產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的分離鑒定及產(chǎn)酶特性研究[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報;2009年04期

3 張名佳;蘇榮欣;齊崴;何志敏;;木質(zhì)纖維素酶解糖化[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年05期

4 劉樹立;王華;王春艷;盛占武;;纖維素酶分子結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理的研究進(jìn)展[J];食品科技;2007年07期

5 黃祖新,陳由強(qiáng),陳如凱;甘蔗渣的酶降解研究進(jìn)展[J];甘蔗;2004年04期

  本文關(guān)鍵詞：甘蔗纖維素酶基因家族基因組演化與功能分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：320758