鼠尾草和大豆萜类化合物生物合成基因的功能分析

发布时间：2020-03-21 12:43

【摘要】：萜类化合物被认为是最大的一大类天然产品和次生代谢产物,在许多植物和其他生物中都有发现且有超过40000种不同的结构。植物产生很多种萜类化合物并具有高度多样化的结构。这类化合物扮演重要角色:在植物与环境因子互作以及基本的生物学进程当中发挥功能。萜类化合物是植物的一类特别重要的特征化合物,可以保护植物免受昆虫和多种微生物伤害(如病毒,细菌,真菌)。大量相关转基因植物的研究更加深入认识了萜类发挥其功能的机制。花园鼠尾草(S.offcinalis)和蓝色茴香鼠尾草(S.guaranitica L),是唇形科家族多年生草本植物,是具备药用价值、芳香性和民族植物学特性的重要属种,在不同组织中含有多种萜类成分。然而,这两种鼠尾草中萜类化合物生物合成途径的遗传基础几乎未知。在本研究中,我们利用新一代测序技术建立花园鼠尾草和蓝色茴香鼠尾草转录组数据库,发现和分析萜类化合物生物合成途径相关基因。在完成测序之后,我们使用烟草,拟南芥和大豆发根鉴定来自花园鼠尾草和蓝色茴香鼠尾草的萜烯合酶基因(SoNEOD,SoCINS,SoSABS,SoLINS,SoFPPS,SoTPS6,SoFARD,SgFPPS,SgGPS 和SgLINS)以确定它们对各种组织中萜类合成的生物学意义。我们发现与野生型和GUS作为对照相比,表达这些萜烯合成基因的多数转基因烟草、拟南芥和大豆产生更多的萜类化合物。此外,我们从大豆中克隆了 2个参与萜烯合成的基因(GmFDPS和GmGGPP)。通过转化大豆发根,研究了来自花园鼠尾草、蓝色茴香鼠尾草和大豆的12个萜烯基因(SoNEOD,SoCINS,SoGPS,SoSABS,SoLINS,SoFARD,SoTPS6,SgFPPS,SgGPS,SgLINS,GmFDPS 和 GmGGPP)对大豆结瘤的影响。我们发现,与作为对照的GUS转基因植物相比,多个表达这些萜烯基因的大豆发根结瘤数和根瘤的重量均增加。另一方面,为了评估转基因烟草的抗虫性,进行了双重选择性摄食偏好和强制进食测试。我们发现,与表达boNEOD,SoCINS,SoSABS,SoLINS或SoTPS6烟草叶片相比,昆虫更多的取食野生型烟草叶片。我们的研究结果显示,抗虫性很可能来自各种萜类化合物的积累。本研究为我们探究富含萜类化合物鼠尾草中复杂的代谢基因提供新的见解,并为我们利用鼠尾草中有用的萜类化合物生物合成基因开展代谢工程铺平道路。我们的研究也为萜烯合成相关基因与大豆结瘤信号传导之间的关系提供了新的见解。此外,本研究为将来培育抗虫大豆品种的代谢工程奠定了基础。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2
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本文编号：2593347