光周期响应基因St536和StASR3生理功能研究

发布时间：2020-05-19 14:20

【摘要】：以往研究显示,在影响植物生长发育的众多重要环境因子中,昼夜长度的周期性变化是最重要的因素之一。尽管一些昼夜周期响应基因的功能已经被明确,但光周期调控植物生长发育的分子机制仍属于未知。本实验室前期测定了不同光周期处理马铃薯叶片转录组,分析发现,差异表达基因(DEG)涉及121个代谢通路,实验数据分析,确定了 20个光周期响应上游调控基因。其中DMG400012536(St36)、DMG40000663(StASR3)响应光照功能未知,并且St536属于新基因家族的成员之一。本研究旨在研究这些基因的功能,具体研究结果如下:(1)数据库检索和序列分析表明,,St536基因cDNA序列包含648bp的ORF,编码215个氨基酸组成的多肽,第91到第110位形成20个氨基酸组成的跨膜结构域;StASR3基因cDNA序列包含336bp的ORF,编码111个氨基酸组成的多肽。(2)合成两个基因cDNA,亚克隆将其连接到植物真核表达载体T-DNA,构建了含有过量和抑制表达载体的重组根癌农杆菌菌株GV3101-pC-35S-St536+/-、GV3101-pC-35S-StASR3+/-,通过根癌农杆菌介导途径,转化重组菌株普通烟草体内,筛选得到阳性转化株系。(3)St536 表达的亚细胞定位结果显示,St536-GFP融合蛋白与线粒体标记信号完全重叠,结合其跨膜结构域的存在,表明St536蛋白表达于线粒体膜;结果证实了基因组注释中St536同源物线粒体表达的预测。(4)StASR3过量表达株系气孔导度和净光合速率均值比对照分别降低了 33%和26%,ATP积累均值比对照增加了 57%,水杨酸积累均值比对照降低了 44%。结合以往研究报道,结果表明,StASR3表达增加,减少了叶片内源激素水杨酸积累,降低了气孔导度和氧化还原水平,使叶片对ABA胁迫的敏感性减弱。尽管StASR3过量表达,叶绿素和ATP积累增加,但气孔导度降低导致净光合作用速率下降。(5)St36过量表达,叶片纤维素积累和气孔相对长度,分别比对照降低了 20%和17%,气孔导度和光合速率分别是对照的4.6和3.5倍,ATP和叶绿素积累显著增加,结合以往研究报道,本研究表明,St536过量表达,减少了叶片纤维素积累,气孔开闭更灵活,气孔导度和光合速率随之提高。(6)结论认为:StASR3过量表达增强耐旱性,归因于水杨酸积累减少导致气孔导度下降所致。线粒体膜蛋白St536反向调控保卫细胞壁纤维素积累,增强气孔导度和光合速率。本研究不仅明确了线粒体膜蛋白St536参与纤维素积累,调控气孔和光合作用,而且为解析两者的信号提供了重要的实验证据。此外,还明确了增加StASR3表达,降低气孔导度,明确了导致气孔导度降低的内源激素,为进一步揭示ASR基因如何调控耐旱性提供理论依据。
【图文】：

录本有２７０２２个；其中，光照和黑暗下共表达基因数量分别为２２０３３和１９９３５个：ＫＥＧＧ富集分逡逑析显示，１２１个代谢途径参与了本研宄设置的长、短日照处理。逡逑两个处理组光周期与对照光周期的特异性表达基因共表达和特异表达的比对结果如图１－３所逡逑示：其中ＣＬ－ＣＤ与ＳＬ－ＬＤ共表达基因共１９８８３个，ＣＬ－ＣＤ与ＬＬ－ＳＤ内共表达基因共１９７００个。逡逑１－３Ａ中ＣＬ－ＣＤ和ＳＬ－ＬＤ比较，，ＣＬ、ＣＤ、ＳＬ和ＬＤ中特异性表达基因分别为１３８、６３８、８６６和逡逑４４５邋个；ＣＬ、ＣＤ、ＳＬ邋共表达基因邋４２６＋１９８８３邋个，ＣＬ，邋ＣＤ、ＬＤ邋共表达基因邋１１３＋１９８８３邋个。１－３Ｂ逡逑中ＣＬ－ＣＤ和ＬＬ－ＳＤ比较，ＣＬ、ＣＤ、ＬＬ、ＳＤ中特异性表达基因分别为１１６、６４８、２９０、１０２５个；逡逑ＣＬ、ＣＤ和ＬＬ共表达基因１００＋１９７００个，ＣＬ、ＣＤ和ＳＤ共表达基因６３７＋１９７００个。逡逑ＨＩ逡逑｛逦．、逦／邋“Ｓ邋＇＊NB’邋＿邋酬．邋＼逡逑Ｗ逡逑Ａ逦Ｂ逡逑图１－３不同光周期共表达与分化表达基因分布文氏图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋Ｖｅｎｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｏ－ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｒｔｉａｔｉｏｎ邋ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ邋ｇｅｎｅｓ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｒ邋ｐｈｏｔｏｐｅｒｉｏｄｓ逡逑为了深入识别基因，预测基因所编码的蛋白质功能，快速有效的基因注释的作用就显得至关逡逑重要［６５］。基因本体数据库是ＧＯ组织（Ｇｅｎｅ邋Ｏｎｔｏｌｏｇｙ邋Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）于２０００年建立的一个结构化逡逑的标准生物学模型

（２）通过基因工程途径，构建表达载体并转化植物体内，实现其体内抑制或过量抑制或过量的表型变化，确定光周期响应基因＆５３６和ＳＭＳ／Ｊ３决定的形态和生理表其与光合作用的联系和功能。逡逑２课题研究方案逡逑（１）以本实验室前期完成的不同光周期处理的马铃薯叶片转录组测序的结果为依据，组表达谱的筛选，识别出光照周期响应基因，在这些基因当中，因部分光周期响应知或不完全已知，因此本课题筛选了其中两个基因作为研宄对象，旨在首先获得两Ａ，通过合成两个基因ｃＤＮＡ，亚克隆将其连接到植物表达载体Ｔ－ＤＮＡ，构建了含有达载体的重组根癌农杆菌菌株0￥３１０１予（：－３５８－＆５３（５＋／－和ＧＶ３１０１－ｐＣ－３５Ｓ－５１／＾３＋／－。逡逑（２）通过根癌农杆菌介导途径，转化重组基因普通烟草体内，筛选得到阳性转化株系（３）得到普通烟草阳性转化株系后，通过其形态和生理表型发生、器官发育等方面及其他生理生化指标的测定来研宄基因的功能。逡逑３技术路线逡逑＂逡逑
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q945;Q943.2

【参考文献】

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本文编号：2671020