‘砀山酥梨’及其褐皮芽变果皮中IAA含量和EXP基因的差异分析

发布时间：2019-07-19 12:20

【摘要】：‘砀山酥梨’(Pyrus bretschneideri Rehd.)作为我国的重要果树之一,深受人们的喜爱,在我国梨生产中占有重要的地位。‘砀山酥梨’果皮颜色为黄绿色,但其芽变品系‘锈酥’呈褐色。为探讨IAA和扩展蛋白(EXP)基因在褐皮芽变‘锈酥’果皮中作用,以‘砀山酥梨’和‘锈酥’不同生长期果皮为试验材料,利用光学显微镜观察果皮石蜡切片,并测量果皮蜡质下五层细胞纵横径;运用高效液相色谱来测定果皮中IAA含量,并通过实时荧光定量分析8个EXP基因的差异性表达。以外源IAA、IAA转运抑制剂NPA和IAA合成抑制剂AVG处理‘锈酥’果皮以未处理的‘砀山酥梨’和‘锈酥’为对照,分析了不同处理后IAA含量和筛选出的PbEXP3和PbEXP7两个关键基因的差异表达。同时,对梨基因组中EXP基因家族进行生物信息学分析。试验主要结果如下:(1)本试验在梨基因组中共搜索到41个EXP基因,它们被分为4个亚族。梨EXP基因家族的进化树分析、保守序列分析、外显子-内含子结构分析都表明EXP基因家族在植物进化扩增中相对比较保守。梨EXP基因家族内部的共线性分析和染色体定位分析表明,EXP基因家族的扩增主要包括部分重复和串联重复,但是部分重复的贡献更大一点。总之,以上都表明梨EXP基因家族在进化过程中相对比较保守。(2)‘砀山酥梨’和‘锈酥’不同时期IAA含量结果表明,IAA在‘砀山酥梨’和‘锈酥’果皮中的含量存在时间差异。在‘砀山酥梨’果皮中,IAA在50 d含量较高,随着果实发育逐渐降低,到125 d时IAA含量快速增加并达到最大值。而在‘锈酥’果皮中,IAA在50 d含量较高,但随着果实发育并没有降低,而是在100 d时含量达到最高。这说明‘锈酥’中提前达到了IAA含量高峰,使得‘锈酥’在100 d时果皮细胞分裂较快,果实膨大更快,为形成细胞木栓化提供了可能。(3)不同EXP基因有着不同的功能,各基因表达也存在时空差异。PbEXP1和PbEXP3在果肉跟果皮中表达量相对较高外,在其他组织的表达量都很低;PbEXP4几乎在叶、枝条、果梗、果皮和果肉中都有表达,PbEXP6则在果肉中表达量较高,PbEXP5和PbEXP8则在叶和枝条中不表达。PbEXP2、PbEXP4、PbEXP6和PbEXP8的相对表达量在‘砀山酥梨’中,呈现出先降后升的规律,在50 d或75 d时相对表达量达到最低。在‘锈酥’中,也呈现出先降后升的规律,同样是在50或75 d是相对表达量达到最低。PbEXP1、PbEXP3和PbEXP7在‘砀山酥梨’和‘锈酥’中的表达模式有所不同,在‘砀山酥梨’中都在125 d时表达量都达到最大值,而在‘锈酥’中都在100 d时达到最大值。这为IAA能够调节PbEXP3和PbEXP7提供了依据。(4)不同时期梨果皮中IAA含量和8个EXP基因差异表达量相关性结果表明,‘砀山酥梨’果皮中PbEXP3和PbEXP7基因表达量与IAA含量相关系数分别为0.237和0.371,无相关性,而在‘锈酥’果皮中相关系数分别为0.762和0.763,呈现出显著正相关。表明‘锈酥’果皮中PbEXP3和PbEXP7基因受到IAA的调控。(5)外源IAA能够上调PbEXP3和PbEXP7基因表达量,而NPA对IAA转运抑制效果较弱,对PbEXP3和PbEXP7基因表达影响较小。AVG作为IAA合成抑制剂,明显下调了PbEXP3和PbEXP7基因表达量,表明AVG能够抑制IAA的合成并降低EXP的表达。
【图文】：
扩展蛋白基因结构

EXP基因含有多个内含子，外显子/内含子模式在EXP基因中是保守的[11]（图1-1）。不同的EXP基因中内含子的种类、数量和每个内含子的长度也有所不同，表明EXP基因内含子在进化过程中发生了添加和丢失。多数expansinA 家族含有两个内含子，分别为1和3，少数在进化过程中会丢失其中一个；expansin B、 expansin-likeA和expansin-like B 家族具有四个内含子。外显子序列比对显示，亚型EXP基因间结构序列存在差异，即基因的中部存在插入序列，一般位于内含子2和内含子3之间。通过对拟南芥中的EXP进行分析，其中expansinA的插入序列位于一段保守区的前端，其3’端具有保守氨基酸序列GWCN
扩展蛋白氨基酸序列结构模式图

Fig 1-1The structure of expansin gene1.2.2.3 EXP的蛋白结构如图1-2为EXP氨基酸序列结构模式图，对序列分析后得出EXP是由250-270个氨基酸构成的小蛋白，含三个结构域。其氨基末端为约22个氨基酸编码的信号肽，进入分泌途径后被剪切，EXP成为约25-28kD的成熟肽。最后通过囊泡进入细胞壁，在细胞壁中发挥作用。紧接着信号肽区域的是催化区域（15kD），，这一区域的序列与family-45糖基水解酶的催化区域相似。该蛋白碳末端含有一系列保守的色氨酸残基（W），这些色氨酸在空间上类似于某些细菌的纤维素结合结构，因此被假定为结合区域（约10kD）。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S661.2

【参考文献】