番茄BES1转录因子的全基因组挖掘及抗逆相关基因筛选

发布时间：2020-09-15 17:01

　　 BES1是一类新型的植物特异转录因子,在油菜素内酯(BR)信号中是极其关键的转录因子,能够调控BR响应基因的表达。BES1作为植物特有的转录因子,不仅在植株生长发育中具有重要作用,还与抗病、激素应答、生物及非生物胁迫密切相关。目前对BES1转录因子家族的相关报道较多,如:拟南芥,中国大白菜,甘蓝型油菜,棉花等,但对番茄BES1的研究还未见报道。在本试验中,我们对番茄(Solanum lycopersicum)BES1基因进行了系统挖掘和生物信息学分析,并进一步对番茄BES1转录因子的表达模式进行分析,对家族内抗逆相关的基因进行筛选鉴定,并对部分抗逆应答显著的基因进行功能验证。旨在为番茄抗逆基因的相关研究奠定理论基础。试验结果如下:1通过生物信息学分析,共筛选出9个番茄BES1转录因子家族成员。通过聚类分析,将以上所有基因分成三个亚族。染色体定位分析将BES1转录因子家族定位于番茄的8条染色体上。2组织特异性分析结果显示,在不同组织中各基因的表达量不同,同一基因在不同组织中表达量也不同。9个基因均在在根、茎、叶和花中表达量较高,在果实中表达量较低。SLB6基因在根和茎中表达量最高,在果实中表达量很低。3研究发现BES1基因在非生物胁迫下受多种胁迫因素诱导,特别是盐胁迫下,所有基因的表达量均呈现出明显升高。在干旱胁迫下,SLB3、SLB4、SLB7与SLB9呈现出明显变化。在冷胁迫下,SLB2基因和SLB9基因出现明显的先上升后下降趋势。4对基因沉默植株进行胁迫后表型观察及生理生化分析,发现SLB3和SLB9基因沉默在不同程度上降低了番茄植株的抗旱性和耐盐性。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S641.2
【部分图文】：

MYC基因,基因沉默

图 1-1 BES1、BIMI 及 MYC 基因家族的 DNA 结合区比对Fig. 1-1 Alignment of putative BES1 DNA binding domain with corresponding domains inBES1 homologs, bHLH domains of BIM1family, and MYC..4 病毒诱导的基因沉默病毒诱导的基因沉默（Virus-induced gene silencing），又称 VIGS 技术。基因沉默在生也是普遍存在的，基因沉默可以防御病毒、转座子等外源核酸的危害，同时可以限制外因的活性，从而保证生物基因组的稳定性。VIGS 技术作为一种反向验证基因功能的方具有广阔的应用前景，不仅应用在番茄、拟南芥、烟草等模式植物中，在一些大田作物得到了应用。包括植物抗病、抗逆相关基因的功能验证。VIGS 技术的原理如下图 1-。Kumagai 等人 1995 年将携带八氢番茄红素脱氢酶（PDS）重组病毒载体导入烟草，经过时间，烟草植株叶片出现了白化症状，标志着 VIGS 基因沉默载体首次得到应用。PD胡萝卜素合成的必不可少的组成部分，而 PDS 表达受到抑制后，植物类胡萝卜素合成受制，造成光合作用受阻，植株叶片出现白化症状。农杆菌侵染方法具有高效、省时、省有点，近些年已经发展为一种较为成熟的技术方法。农杆菌侵染方法有注射器注射方法

原理图,原理图

图 1-1 VIGS 原理图Fig. 1-1 VIGS mechanism diagram境胁迫对植物的影响活在自然界中不可避免的要受到外部环境的危险，如低温、干旱、洪涝和环境影响着植物的生存，为了更好的生长发育，植物进化出一系列的防御号传导来达到调控相应的基因，再由基因调控蛋白，从而在生理生化水平的生理水上的变化。目前主要的研究集中于植物的抗旱、耐盐、抗低温，物的产量，在生产研究中能够更好的提高经济效益。植物的生长至关重要，但高盐胁迫却会严重危害植物的生长发育。在高盐出矮化黄华等现象。植物的含水量明显减少，叶片的蒸腾速率降低，与此显减慢，影响植株的光合作用。当根系受到高盐胁迫时将严重影响植株地迫和盐胁迫往往是共同存在，当盐胁迫是植物体内离子平衡受到破坏时，，会导致植株代谢失衡，生长受抑制，甚至会使植物死亡。低温对植物的盐胁迫，常常可分为冷害和冻害，其分界线在于温度是否在 0℃以上。当温，可以使植物叶片变软出现伤斑等危害。当温度在 0℃以上是冷害，可以

分布图,番茄,系统进化树,白菜

图 3-2 番茄、拟南芥和中国大白菜 BES1 蛋白家族系统进化树Fig. 3-2 Phylogenetic tree of BES1 gene from arabidopsis, tomato, and chinese cabbage..4 番茄 BES1 基因家族保守元件及基因结构分析本试验使用 MEME 在线分析软件分析了番茄 BES1 转录因子家族成员的保守性基通过 MEME 在线模序预测结果如图 3-3 所示。最终设置 motif 值为 20，共获得 20 个otifs (E-value <e 1.0)的分布图[60]。在所有 BES1 基因中，除 AT1G32130 基因外，所有列均含有 motif 1、motif 2 和 motif 14，这些保守元件属于 DUF822 保守结构域家族。SLLB7 共同含有 motif 5、motif 11、motif 12、motif 13、motif 14、motif 18 和 motif 19，守元件也是 SLB1 和 SLB7 所特有的保守元件。其他的一些保守元件也仅在 GroupI 中这一结果表明来自相同亚族的基因可能由相同基序组成，同时具有相似的功能。基因结构在一个基因家族进化过程中是典型的特征[61]。利用 GSDS 在线分析软件分析 BES1 家族的基因结构[62, 63]。在同一分族中的基因具有相似的结构和内含子。除 SLLB7 外，几乎所有的番茄 BES1 都含有 1 或 2 个内含子，每一个基因都被内含子分成许。在所有的 9 个番茄 BES1 基因中，只有 SLB1 和 SLB7 是 9 个外显子和 9 个内含子结构的都是 3 个外显子 1 个内含子结构。总体来说，基因的结构与基因的进化树分族差异

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