茉莉酸诱导的粗山羊草转录组分析及JAZ基因家族功能初探

发布时间：2020-07-08 12:59

【摘要】：粗山羊草(Aegilops taushii,2n=2x=14,DD)是六倍体小麦D染色体组供体,为小麦提供了珍贵的抗病、抗逆相关的遗传资源,这些基因增强了植物的适应性,在作物种质创制中具有重要的作用。随着粗山羊草遗传学以及基因组学研究的发展,粗山羊草被认为是研究小麦基因功能以及分子进化研究的重要的植物。茉莉酸(Jasmonic acid,JA)是由脂质衍生的重要的植物激素,JA及其生物活性的衍生物(Jasmonic acid derivatives,Jas)在介导植物抵抗植食性昆虫、抗死体营养性细菌、抵抗各种生物胁迫中具有重要作用,也在营养生殖、细胞周期调节、以及衰老等发育调控过程中扮演重要作用。为了解析粗山羊草中抗逆基因的表达谱,我们利用14天的粗山羊草幼苗,使用5 mM茉莉酸溶液处理1 h和6 h后取地上部分对其进行转录组测序、生物信息学分析、构建了基因表达谱,并对茉莉酸信号路径的标志基因JAZ进行基因家族分析,主要结果如下:一、经过有参转录组分析,共发现了22112个转录单元,其中10983是未注释基因。对组装的转录单元进行差异表达分析,有3078个差异表达,其中有约50%未注释。为了推断基因的功能,我们利用多种方法对未注释的转录单元进行功能注释。将注释的差异基因进行GO富集分析,主要富集到响应外界刺激、响应茉莉酸刺激、氧化还原反应等方面中。将茉莉酸诱导的基因聚类分析主要分为四类,分别为瞬时诱导表达基因(Transiently induced genes,TIG)、瞬时抑制表达基因(Transiently repressed genes,TRG)、持续诱导表达基因(Sustainedly induced genes,SIG)和持续抑制表达的基因(Sustainedly repressed genes,SRG)四类。根据以上信息构建茉莉酸诱导的基因表达谱。二、JAZ(Jasmonate ZIM-domain)基因是茉莉酸信号路径中重要基因,我们利用同源检索的方法鉴定了粗山羊草中9个JAZ基因,与拟南芥、水稻、短柄草中已经鉴定的JAZ基因进行系统发育分析,并进行组织差异表达分析,发现AetJAZ5和AetJAZ8单独聚为一小类,AetJAZ6和AetJAZ7单独聚为一小类,这两小类又聚到一类,在短柄草、水稻中有同源基因,在拟南芥中没有同源基因。经过组织特异性表达分析,发现AetJAZ6和AetJAZ7在我们研究的各个组织都未表达。提出两种可能:(1)AetJAZ6和AetJAZ7为AetJAZ8基因在复制后的基因,可能发生了假基因化;(2)茉莉酸信号路径中的JAZ基因表达存在组织特异性以及时空特异性规律。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2
【图文】：

多倍体,小麦

中国农业科学院硕士学位论文第一章引言2图1.1 小麦多倍体进化 (Rasheed et al., 2018)Figure 1.1 Evolution of polyploid wheat (Rasheed et al., 2018)1.2 粗山羊草基因组学、比较基因组学及转录组学的研究与发展2013 年，由中国农业科学院作物科学研究所等单位合作首次完成了粗山羊草基因组测序，绘制了小麦 D 基因组物理图谱 (Jia et al., 2013)。而在 2018 年，罗明诚教授带领的科研团队以及贾继增研究员带领的科研团队相继完成了粗山羊草基因组精细物理图谱的绘制，该研究借助于 BAC文库测序、全基因组鸟枪法测序、遗传图谱的构建以及 Bionano 光学基因组作图的方法，实现了粗山羊草基因组的升级与完善 (Luo et al., 2017; Zhao et al., 2017)。粗山羊草基因组大小约 4.0 Gb，

茉莉酸,生物合成途径

途径中的上游调控基因，诱导下游茉莉酸应答基因表达，包括一些调控茉莉酸合成的基因，这些基因又促进了JA合成过程中中间产物的形成，使茉莉酸信号路径中信号放大。图1.2 植物体内茉莉酸的生物合成途径 (Song et al., 2013)Figure 1.2 Model for the JA biosynthetic pathway in plant (Song et al., 2013)1.5 茉莉酸信号路径JA信号路径主要包括茉莉酸信号的识别与信号传导两部分，在模式植物中，关于茉莉酸信号途径的传导模式的分子机制已经被阐明：在没有或者低水平JA存在的情况下，JAZ阻遏蛋白家族和其他的一些共抑制子蛋白例如NINJA (novel interactor of JAZ，NINJA)、TPL (TOPLESS) 等形成复合物与茉莉酸信号路径中关键基因MYC2转录因子结合，使MYC2转录因子不能激活茉莉酸早期应答基因的表达；在植株受到胁迫或者伤害时，茉莉酸含量上升并在JAR1的催化下与Ile生成

路径图,茉莉酸,路径,信号

使JAZ蛋白的泛素化并在26S蛋白酶体作用下将JAZ蛋白降解，释放出MYC2转录因子，起始调控茉莉酸应答基因的转录 (Balbi et al., 2008; Chico et al., 2008; Miersch et al., 2008; Staswick et al.,2008; Ye et al., 2009; Pauwels et al., 2010; Zhang et al., 2015; Pratiwi et al., 2017) (图1.3)。下面将详细介绍JA诱导的信号传导途径中几个关键的组份。图1.3 植物体内茉莉酸信号路径 (Wasternack et al., 2013)Figure 1.3 Jasmonic acid signaling pathway in plants (Wasternack et al., 2013)1.5.1 SCFCOI1复合物植物体内信号接收和传递主要是通过泛素－蛋白酶体系来完成的，SCF作为E3泛素连接酶起作用，它包含SKP1/Cullin/Fbox，F-box能够特异识别泛素化的目标蛋白，随后将泛素化的蛋白转移至26S蛋白酶体降解。在茉莉酸信号传导过程中COI作为F-box蛋白，即茉莉酸的主要受体发挥作用，SCFCOI1复合物与JA-Ile结合后能够特异性的识别并促使JAZ蛋白被26S蛋白酶体降解。研究发现，其他一些植物激素信号的受体也能与SCF复合物以类似的方式结合产生作用

【参考文献】