类黄酮氧化酶基因及其对彩色棉纤维显色调控的研究

发布时间：2017-04-01 08:14

  本文关键词：类黄酮氧化酶基因及其对彩色棉纤维显色调控的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：彩色棉是一种相对白色棉而言纤维具有颜色的棉花。对于彩色棉纤维颜色发育的研究一直在进行。前人的研究已经确认彩色棉纤维中的色素为类黄酮,而且类黄酮的合成代谢途径也已明确,对于参与彩色棉纤维类黄酮合成途径的关键酶及酶基因也进行了不少工作。本研究在此基础上,主要侧重对类黄酮沉积后是否发生氧化反应而显色的探究。植物中类黄酮氧化过程中涉及三种酶——过氧化物酶(POD)、漆酶(LAC)、儿茶酚氧化酶(CO)。以白色棉为对照,将棕色棉和绿色棉作为观察材料,进行相关研究,得到的主要研究结果如下：1.在离体培养条件下,分别取培养不同天数的纤维,测定纤维的颜色参数、色素含量以及氧化酶活性等,发现棕色棉纤维从25d开始颜色明显加深,POD活性在15d开始便逐渐增大,尤其是在20-30d内活性增加最快,而CO活性在20d后变化幅度很小,基本稳定在一个水平上,而可测出的类黄酮含量一直处于下降趋势,由此可以得出棕色棉纤维的显色与类黄酮在POD的催化下发生了氧化反应有很大关系,而与CO关系并不大,因氧化反应过程形成了棕色聚合物导致了可测出的类黄酮含量不断下降。对于绿色棉,纤维是从20d开始显色的,但POD活性一直处在一个较低的水平,CO总体是下降趋势,可测出的类黄酮含量也一直处在一个较高的水平,由此可以看出绿色棉纤维中类黄酮的氧化反应进行得很少。而LAC的活性在棉花纤维中未检测到,这可能是因为棉花中LAC活性本来就较低加之POD的干扰造成的。通过向培养基内添加氧化抑制剂抗坏血酸,发现其不仅可以抑制酶的活性导致显色受阻,并且对胚珠和纤维的生长发育也会造成影响。2.利用拟南芥漆酶基因的氨基酸序列为探针,在陆地棉基因组数据中进行检索和鉴定,结果在陆地棉中获得48个LAC成员。同理,以拟南芥过氧化物酶基因的氨基酸序列为探针,在陆地棉基因组数据中得到134个POD成员。因拟南芥中无儿茶酚氧化酶,故选用杨树、番茄、玉米的CO氨基酸序列为探针,在陆地棉基因组数据中获得11个陆地棉CO成员。通过系统进化树分析将POD、LAC和CO三个基因家族成员分别划分为6个、5个、3个亚家族。通过将这些成员定位到染色体上,进而分析判定出基因复制事件,发现三个基因家族基因复制事件均较少,说明陆地棉中各基因家族未发生较大规模的家族扩增。3.在鉴定出的陆地棉基因家族中根据亚家族分类选择若干成员进行基因表达的分析,结果发现各个成员在不同的组织中表达量存在较大的差异。此外,多个POD基因在棕色棉显色期间处于较高水平的表达,在绿色棉中的表达水平则较低,而LAC和CO基因在棉纤维中的表达从整体来看均不高,LAC基因在彩色棉显色期间稳定在一定的表达水平或者有小幅度的提升,但CO基因表达量则一直下降。由此得出,LAC和CO对彩色棉纤维中类黄酮的氧化所起到的推动作用并不大,而棕色棉纤维中色素的氧化与POD基因的表达和酶活性关系较为密切。
【关键词】：彩色棉 类黄酮 氧化 过氧化物酶 漆酶 儿茶酚氧化酶
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 缩略词表10-14
• 1 文献综述14-32
• 1.1 彩色棉及其利用现状14-17
• 1.1.1 彩色棉的涵义14
• 1.1.2 国内外彩色棉的研究及利用现状14-16
• 1.1.3 彩色棉的优缺点及应用前景16-17
• 1.2 彩色棉的纤维色素17-20
• 1.2.1 彩色棉纤维色素的种类17-18
• 1.2.2 彩色棉纤维色素的合成途径18-19
• 1.2.3 彩色棉纤维色素基因的研究进展19-20
• 1.3 类黄酮代谢途径与棉花纤维发育关系的研究进展20-22
• 1.4 彩色棉纤维的颜色发育及显色机制22-23
• 1.4.1 彩色棉的颜色发育22
• 1.4.2 彩色棉纤维细胞氧化还原状态与纤维显色22-23
• 1.5 植物中类黄酮的氧化23-28
• 1.5.1 类黄酮的氧化：褐变过程23-25
• 1.5.2 植物类黄酮氧化中的三种关键酶25-27
• 1.5.3 三种氧化酶的分级调控27-28
• 1.6 棉花胚珠离体培养技术的建立与发展28-30
• 1.6.1 棉花胚珠离体培养技术的建立28
• 1.6.2 棉花胚珠离体培养体系的发展和优化28-30
• 1.7 本研究的内容、目标及意义30-32
• 1.7.1 本研究的内容30
• 1.7.2 本研究的目的及意义30-32
• 2 彩色棉纤维显色与类黄酮氧化酶活性关系的研究32-48
• 2.1 材料与方法33-38
• 2.1.1 试验材料33
• 2.1.2 胚珠离体培养所用培养基的制备33
• 2.1.3 组织培养的操作步骤33-35
• 2.1.4 颜色的测定35
• 2.1.5 棉纤维中色素含量的测定35-36
• 2.1.6 相关氧化还原酶活性测定36-37
• 2.1.7 氧化抑制剂及浓度设置37
• 2.1.8 纤维长度和胚珠鲜重的测定37-38
• 2.2 结果与分析38-46
• 2.2.1 彩色棉纤维颜色的变化38-39
• 2.2.2 彩色棉纤维发育过程中色素含量的变化39-40
• 2.2.3 彩色棉纤维发育过程中相关氧化还原酶活性的变化40-43
• 2.2.4 抗坏血酸对彩色棉纤维发育及显色的影响43-46
• 2.3 讨论46-48
• 3 陆地棉POD、LAC和CO基因的鉴定及全基因组分析48-61
• 3.1 材料与方法48-50
• 3.1.1 陆地棉POD、LAC、CO基因的检索48-49
• 3.1.2 陆地棉POD、LAC和CO基因家族系统进化树的构建49
• 3.1.3 陆地棉POD、LAC和CO基因的染色体定位和基因复制事件的判定49-50
• 3.2 结果与分析50-59
• 3.2.1 陆地棉POD、LAC、CO基因的识别和鉴定50
• 3.2.2 陆地棉POD、LAC和CO基因家族的进化分析50-54
• 3.2.3 陆地棉POD、LAC和CO基因的染色体定位和基因复制分析54-59
• 3.3 讨论59-61
• 4 彩色棉中POD、LAC和CO基因的表达分析61-71
• 4.1 材料与方法61-65
• 4.1.1 试验材料61
• 4.1.2 基因序列的选择和引物的设计61-63
• 4.1.3 RNA的提取和反转录63-64
• 4.1.4 荧光定量PCR64-65
• 4.2 结果与分析65-70
• 4.2.1 GhPOD在彩色棉中的表达分析65-66
• 4.2.2 GhLAC在彩色棉中的表达分析66-68
• 4.2.3 GhCO在彩色棉中的表达分析68-70
• 4.3 讨论70-71
• 5 总结与展望71-73
• 参考文献73-80

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