陆地棉开花相关基因的功能研究及调控分析

发布时间：2021-03-16 10:59

棉花是我国最重要的经济作物,其中陆地棉是四大棉花栽培种中重要的品种同时也是种植最为广泛的棉花栽培种。我国人多地少,粮棉争地矛盾日益突出,早熟性作为棉花的重要性状之一,成为陆地棉最重要的育种目标。研究表明,开花早晚与棉花的早熟性密切相关。FT、SOC1和SPL等基因位于开花调控途径的重要位置,接受上游开花基因的信号诱导,并促进下游花器官基因的表达。作为重要的开花调控基因,FT被誉为“开花素”,SOC1和SPL等作为开花整合因子,在整个开花调控通路中起着非常重要的作用。本研究围绕这些开花相关基因展开研究,一是研究陆地棉中开花相关基因的表达及功能,二是研究这些基因之间的相互作用即调控关系,主要结论如下:1.通过blast比对从最初被测序的雷蒙德氏棉中分析并克隆到9个PEBP家族基因,并分别分析了该家族基因在亚洲棉和陆地棉中的基本信息,所有PEBP基因都有磷脂酰乙醇胺结合蛋白保守结构域。通过进化树分析发现该家族基因可分为FT亚组、TFL亚组、MFT亚组和PEBP亚组。荧光定量实验结果表明GhFT、GhPEBPs和GhTFL1s等基因的功能主要可能集中于营养生长阶段叶片的发育和信号的运输传导,而MFT同源基因的功能可能是根部的发育和种子的萌发。PEBP家族基因在不同陆地棉材料、不同光周期处理和不同生育期的棉花品种中表达存在特异性,表明同一家族中的基因对开花的影响存在差异。2.从陆地棉中克隆到24个SPL家族基因,序列分析比对分析结果表明,棉属中GhSPLs和其他物种中SPLs基因具有高度保守性。进化树分析、内含子外显子分析和模体分析表明,GhSPLs能分为八个亚组,同一亚组中的基因结构基本相似,而不同亚组中的基因在结构上存在差异。功能预测表明18个GhSPLs基因是GhmiR156的靶基因,拟南芥中过表达GhSPL3和GhSPL18表明这两个基因可能对叶片、侧枝和花发育有重要作用。3.克隆两个不同亚家族的MADS-box基因分别为GhSOC1和GhMADS42,分属于SOC1-like和AP1-like亚家族。在不同生育期材料不同发育时期的分析表明:GhSOC1和GhMADS42基因在早熟材料中的表达量高于晚熟材料中的表达量,GhSOC1的优势表达早于GhMADS42,表明两者之间存在着目中调控关系;转基因结果表明,GhSOC1基因可以使拟南芥提前开花,莲座叶数目减少,茎生叶数目增多;SOC1过表达转化棉花能使棉花的花器官发生变异;过表达转化MADS42的拟南芥植物不仅出现开花时间提前,同时顶端花序和侧枝花序都发生变异。4.染色质免疫共沉淀实验表明:GhSOC1能结合GhMADS41/42和GhSPL3基因的启动子序列,直接调控该基因的表达。不能结合GhFT和GhSPL18基因的启动子,有可能通过其他基因间接调控这两个基因的表达。5.克隆AP1/FUL和SVP亚组以及FD在陆地棉中的同源基因,采用酵母双杂交和双分子荧光互补进行实验,结果表明GhSOC1能与AP1/FUL亚组中的GhMADS41、GhMADS42、GhMADS43和GhMADS44相互作用;而GhFD只与GhFT互作。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 植物开花调控机制

1.1.1 光周期途径对开花的调控

1.1.2 春化途径对开花的调控

1.1.3 赤霉素途径对开花的调控

1.1.4 自主途径对开花的调控

1.1.5 其他因素对开花的调控

1.2 开花调控相关基因研究进展

1.2.1 PEBP家族基因

1.2.2 MADS-box家族基因

1.2.3 microRNA与SPL家族基因

1.3 棉花花发育研究进展

1.4 研究的目的和意义

第二章陆地棉PEBP基因家族的分析

2.1 试验材料

2.1.1 试验材料

2.1.2 实验处理及取样

2.2 试验方法

2.2.1 陆地棉PEBP家族基因的鉴定与克隆

2.2.2 氨基酸序列分析和进化树分析

2.2.3 表达分析

2.3 结果与分析

2.3.1 棉花PEBP家族基因的鉴定及克隆

2.3.2 结构分析

2.3.3 进化树分析结果

2.3.4 表达分析结果

2.4 讨论

第三章两个PEBP基因的功能分析

3.1 试验材料

3.1.1 试验材料

3.1.2 实验处理及取样

3.2 试验方法

3.2.1 总RNA提取

3.2.2 cDNA第一链合成

3.2.3 qRT-PCR

3.2.4 基因克隆及分析

3.2.5 载体构建

3.2.6 拟南芥转化

3.2.7 GUS染色

3.3 结果与分析

3.3.1 不同生育期品种中开花基因的表达模式

3.3.2 GhFT和GhPEBP2基因功能分析

3.3.3 GhFT和GhPEBP2基因启动子分析

3.4 讨论

第四章陆地棉GhSPL家族基因的克隆及功能分析

4.1 材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 实验处理及取样

4.2 试验方法

4.2.1 GhSPL家族基因的鉴定与克隆

4.2.2 染色体定位

4.2.3 系统进化树分析

4.2.4 保守模体的预测

4.2.5 陆地棉SPL家族基因表达分析

4.3 结果与分析

4.3.1 GhSPL家族基因的鉴定及克隆

4.3.2 染色体定位

4.3.3 结构和模体分析

4.3.4 不同物种SPL基因的系统进化树分析

4.3.5 表达模式分析

4.3.6 GhSPL3和GhSPL18基因功能分析

4.4 讨论

第五章陆地棉GhSOC1和GhMADS42基因的克隆及功能分析

5.1 试验材料

5.1.1 材料

5.1.2 实验处理及取样

5.2 试验方法

5.2.1 总RNA提取

5.2.2 cDNA第一链合成

5.2.3 qRT-PCR

5.2.4 基因克隆及分析

5.2.5 载体构建

5.2.6 拟南芥转化

5.2.7 棉花转化

5.3 结果与分析

5.3.1 GhSOC1和GhMADS42基因的克隆及分析

5.3.2 表达模式分析

5.3.3 功能分析

5.4 讨论

第六章 GhSOC1蛋白与相关转录因子之间的调控

6.1 试验材料

6.2 试验方法

6.2.1 启动子序列分析

6.2.2 染色质免疫共沉淀

6.2.3 q PCR分析

6.3 结果与分析

6.3.1 GhSOC1蛋白与GhFT和GhMADS基因之间的关系

6.3.2 GhSOC1蛋白与GhSPL基因之间的关系

6.4 讨论

第七章开花相关基因的蛋白互作分析

7.1 试验材料

7.1.1 植物材料

7.1.2 质粒载体和菌株

7.2 试验方法

7.2.1 酵母双杂交检测蛋白质之间的相互作用

7.2.2 双分子荧光互补验证蛋白互作

7.3 结果与分析

7.3.1 GhSOC1与GhMADS蛋白的体外互作

7.3.2 GhSOC1与GhMADS蛋白的体内互作

7.3.3 GhFD与棉花中FT和PEBP2蛋白的体外互作

7.3.4 GhFD与棉花中FT和PEBP2蛋白的体内互作

7.4 讨论

第八章结论与展望

8.1 结论与创新点

8.2 讨论与展望

参考文献

致谢

作者简介

【相似文献】